坐标测量机在现代制造领域中的应用

　　坐标测量机是借助于相互垂直的三个轴向测量比例尺和一个特殊的对接触敏感的探头来探测零部件测量要素位置的一种空间柔性测量装置; 大多数坐标测量机使用的是接触触发式探头, 但也有一些坐标测量机按照非接触原理而使用激光传感器或者机器视觉照相机。目前坐标测量机无论是作为单独的检测设备应用在一般的机加工、成型加工及装配后零部件的质量检测方面还是作为柔性制造系统的重要一环都得到了非常广泛的应用。

　　除用于质量检测, 坐标测量机还用于快速原型制造技术方面, 即利用坐标测量机测出零部件的几何外形尺寸, 随后把这些数据提交到 CAD/CAM系统, 由 CAD/CAM系统编制出相应的程序在数控机床上制造出相应的模具, 从而制造出相应的零部件。在这种技术领域, 坐标测量机作为数据获取的重要手段,发挥着重要的作用。

　　大多数坐标测量机都在车间生产条件下使用, 但市场上也有小部分坐标测量机属于真正的高精密仪器, 需要在专门的具有温控条件的标准测量室中使用。

　　这里笔者将就坐标测量机的构造、接触触发式探头和坐标测量机的使用方法进行论述。

　　1 坐标测量机的构造

　　坐标测量机尺寸差别很大, 既有小到只有 0.05m3工作体积的微型测量平台, 也有大到足可以检测整个汽车车体的测量设备。坐标测量机的最大测量空间取决于探头运动的最大三维X、Y、Z 值, 同时也受工作台尺寸影响。为了满足不同形状和尺寸的待测零部件的要求, 坐标测量机制造商提供了一系列不同结构的产品。通常坐标测量机都采用花岗岩表面的平台做底座, 待测零部件就放置在这个表面上。采用花岗石表面做底座的原因是考虑到了花岗岩板经千百万年的时效, 内应力已经消除, 可以为承载坐标测量机超级构件所用的导轨提供一个稳定的基础。

　　坐标测量机的结构形式有多种, 常见的有三种。其中使用最广泛的是桥移动式结构, 如图 1 所示。其特征是在检测平台上有两个可移动的柱状物, 悬挂着套筒轴的可移动的桥就固定在这两个垂直的柱状物上, 而探头就固定在套筒轴上。龙门型框架的结构和桥移动式结构相似。另外一种非常流行的结构是悬臂式测量机, 只采用单个可移动的柱状物和水平臂, 如图 2所示。坐标测量机的其他可能的结构形式目前很少投入实际使用。桥移动式和龙门型框架刚性较好, 能够更好的抵御因设备重力作用在移动元件上而产生的偏差, 因而是最流行的结构形式。但同时这两种结构形式设计时固有的高惯性又减少了实际滑动的加速度, 从而延长了检验时间。相比而言, 悬臂式结构测量机因惯性较小, 因而减少了检验时间。三个轴向比例尺的平稳运动是通过使用空气轴承来保证的。空气轴承不仅减少了比例尺滑动时的摩擦力, 而且保护了比例尺表面不受磕碰。