三坐标测量机精度控制

大部分三坐标测量机 (坐标测量机）由……制成花岗岩成分.

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，包括用于传统的质量实验室，以及近年来在更严苛的生产车间环境中直接支持生产。CMM 编码器标尺的热性能是其在各种应用场景中需要考虑的重要因素。

在雷尼绍最近发表的一篇文章中，讨论了浮动式和母模式编码器刻度安装技术。

编码器标尺的热稳定性可分为两种：一种是与安装基板无关的浮动式标尺，另一种是与基板热稳定性相关的固定式标尺。浮动式标尺的膨胀和收缩取决于标尺材料的热特性，而固定式标尺的膨胀和收缩速率则与下方基板的膨胀和收缩速率相同。不同的标尺安装技术可为各种测量应用带来诸多优势：雷尼绍的文章就探讨了固定式标尺在实验室设备中可能更优的应用场景。

三坐标测量机 (CMM) 用于采集高精度加工零件（例如发动机缸体和喷气发动机叶片）的三维测量数据，作为质量控制流程的一部分。三坐标测量机主要有四种基本类型：桥式、悬臂式、龙门式和水平臂式。桥式三坐标测量机最为常见。在桥式三坐标测量机中，Z 轴主轴安装在沿桥架移动的滑架上。桥架沿 Y 轴方向的两个导轨驱动。电机驱动桥架的一个肩部，而另一个肩部通常不驱动：桥架结构通常由气浮轴承引导/支撑。滑架（X 轴）和主轴（Z 轴）可以由皮带电机、丝杠电机或直线电机驱动。三坐标测量机的设计旨在最大限度地减少不可重复误差，因为这些误差难以在控制器中进行补偿。

高性能三坐标测量机由高热容花岗岩工作台和刚性龙门/桥式结构组成，低惯性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。高精度线性编码器安装在独立的 X、Y 和 Z 轴上，在大型机器上，编码器长度可达数米。

一台典型的花岗岩桥式三坐标测量机 (CMM) 在平均温度为 20 ± 2 °C 的空调室内运行，室内温度每小时循环三次，高热容的花岗岩能够保持 20 °C 的恒定平均温度。安装在 CMM 每个轴上的浮动式线性不锈钢编码器由于其高导热性和低热容（远低于花岗岩工作台的热容），在很大程度上独立于花岗岩基板，并能快速响应空气温度的变化。这将导致在典型的 3 米轴上，标尺的最大膨胀或收缩约为 60 µm。这种膨胀会产生较大的测量误差，并且由于其随时间变化的特性，难以进行补偿。

在这种情况下，使用基板母版秤是更佳选择：母版秤只会随着花岗岩基板的热膨胀系数 (CTE) 而膨胀，因此对空气温度的微小波动反应很小。但仍需考虑长期温度变化，这些变化会影响高热容基板的平均温度。温度补偿很简单，因为控制器只需补偿机器的热行为，无需考虑编码器秤的热行为。

总之，对于采用低热膨胀系数/高热容基板的精密三坐标测量机以及其他需要高计量性能的应用而言，带有基板预制标尺的编码器系统是一种绝佳的解决方案。预制标尺的优势包括简化热补偿方案，以及降低因局部机器环境温度变化等因素导致的非重复性测量误差。