坐标测量机 (CMM) 是一种灵活的测量设备，在制造环境中发挥着多种作用，包括传统的质量实验室应用，以及近年来在严苛环境下直接支持生产车间生产的应用。CMM 光栅尺的热性能成为其作用和应用之间的重要考虑因素。
雷尼绍在最近发表的一篇文章中讨论了浮动和掌握的编码器刻度安装技术。
编码器栅尺的热性能实际上有两种：一种是浮动栅尺，其热性能与其安装基体无关（浮动栅尺）；另一种是随基体变化的栅尺（随基体变化栅尺）。浮动栅尺的膨胀和收缩取决于栅尺材料的热特性，而随基体变化栅尺的膨胀和收缩速率与底层基体相同。测量栅尺的安装技术为各种测量应用提供了诸多优势：雷尼绍的文章介绍了一个案例，其中随基体变化栅尺可能是实验室仪器的首选解决方案。
作为质量控制过程的一部分，坐标测量机 (CMM) 用于捕获高精度机加工部件（例如发动机缸体和喷气发动机叶片）的三维测量数据。坐标测量机有四种基本类型：桥式、悬臂式、龙门式和水平臂式。桥式坐标测量机是最常见的。在坐标测量机桥式设计中，Z 轴心轴安装在沿桥式移动的滑架上。桥式沿着 Y 轴方向的两个导轨驱动。电机驱动桥式的一个肩部，而另一个肩部传统上不驱动：桥式结构通常由空气静压轴承引导/支撑。滑架（X 轴）和心轴（Z 轴）可由皮带、丝杠或直线电机驱动。坐标测量机 (CMM) 旨在最大限度地减少不可重复的误差，因为这些误差很难在控制器中补偿。
高性能坐标测量机 (CMM) 由高热质量花岗岩床身和坚固的龙门/桥式结构组成，并配备低惯性主轴，主轴上安装有传感器，用于测量工件特征。生成的数据用于确保零件符合预定的公差。高精度线性编码器分别安装在 X、Y 和 Z 轴上，在大型机器上，这些轴的长度可能长达数米。
典型的花岗岩桥式坐标测量机 (CMM) 在空调房间内运行，平均温度为 20 ±2 °C，室温每小时循环三次，可使高热质量花岗岩保持 20 °C 的恒定平均温度。安装在每个 CMM 轴上的浮动线性不锈钢编码器基本不受花岗岩基底的影响，并且由于其高导热性和低热质量（远低于花岗岩台面的热质量）而能够快速响应气温变化。这将导致栅尺在典型的 3m 轴上的最大膨胀或收缩约为 60 µm。这种膨胀会产生很大的测量误差，由于其时变性，很难补偿。
在这种情况下，随基体伸缩的栅尺是首选：随基体伸缩的栅尺仅会随着花岗岩基体的热膨胀系数 (CTE) 而膨胀，因此，即使气温出现微小波动，其变化也很小。但长期温度变化仍需考虑，这些变化会影响高热质量基体的平均温度。温度补偿非常简单，因为控制器只需补偿机器的热行为，而无需考虑光栅尺的热行为。
总而言之，对于采用低热膨胀系数 (CTE)/高热质量基体的精密坐标测量机 (CMM) 以及其他需要高水平计量性能的应用而言，配备随基体伸缩栅尺的光栅系统是理想的解决方案。随基体伸缩栅尺的优势包括简化热补偿机制，并有可能减少因局部机器环境中的气温变化等因素造成的不可重复测量误差。
发布时间：2021年12月25日