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关节臂三坐标测量机的发展趋势

关节式三坐标测量机按理论来说，可以测量任何工件的任何几何元素的任何参数。不过在实际的应用中，受技术、环境、软件、硬件等一系列的因素的影响，往往与理论存在一定的差距。随着科学和技术的不断发展，关节式三坐标测量机也逐渐朝着更高精、更稳定、更柔性的趋势发展。

     （1）更高的测量精度。精密级的三坐标测量机的坐标测量精度可达到微米级，但是现代的**精加工、科学研究往往要提到纳米级的精度要求，汽车检具制造商，因此要提高三坐标测量机的测量精度。具体方法有提高标定尺寸精度、提高结构精度、减小环境因素带来的影响、适当的采样策略。

     （2）更高的测量效率。生产节奏不断加快，要求测量机在保证测量精度的同时，还要有较高的效率。为了提高测量机的效率，需从以下几个方面采取措施：改进测量机的结构设计，减轻运动部件的质量、提高控制系统性能、采用飞测与扫描测量方式、对动态误差进行补偿、提高软件的运行速度、对可靠性与安全保护提出更高的要求。

     （3）发展探测技术，完善测量机配置。探测技术在关节式三坐标测量机中占有重要地位。从理论上说只要测头能探及，三坐标测量机就能测量。

     （4）采用新材料，运用新技术。近年来，铝合金，陶瓷材料以及各种合成材料在关节式三坐标测量机中得到了越来越广泛的应用。铝合金适合于制作高速运行的三坐标测量机等等。还有新的技术，例如磁悬浮技术也会在测量机及测头中获得应用。

     （5）发展软件技术，发展智能测量机。关节式三坐标测量机的功能主要由软件决定。三坐标测量机的操作、使用的方便性，也首先取决于软件。软件的发展将使三坐标测量机向智能化的方向迈进。

     （6）控制系统更开放。三坐标测量机的测头在整个控制中起着重要的作用，随着测头类型与信号形式的不同，在控制上会产生一些特殊性。随着关节式三坐标测量机成为现代制造系统的一个重要组成部分，能与其他生产机器联网、通信，完成计算机辅助设计、制造、工艺规划。从这一要求出发，柔性的开放式三坐标测量机的开发和应用则非常重要，即柔性臂三坐标测量机。

     （7）成为制造系统的组成部分。主要包括：进一步提高测量机的工作可靠性，增强其环境适应能力，测量机应有较完善的软件功能，具有开放式的控制系统，能有较高的运行速度与测量节拍。

     （8）发展非正交坐标系测量系统。非正交坐标系统从原理上基于三角测量法。三角测量法可以基于长度测量或角度测量，基于长度测量的方法可以达到跟高的精度，特别是对大尺寸测量更是如此。

     （9）加强环境问题的研究。关节式三坐标测量机的测量精度不仅取决于机器本身的精度，而且依赖于环境条件。在许多情况下，环境条件的影响往往成为制约因素。

     （10）加强量值传递，误差检定与补偿研究。关节式三坐标测量机作为一种计量仪器，其功能就是将―米‖的值按其定义以一定的度向被测工件传递。作为一种计量仪器，关节式三坐标测量机本身必须按量值传递的规程经过严格的检定。

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1 工件和检具体设计建模 —— 汽车检具   首先要参照零件图纸分析工件，初步拟定检具设计方案，汽车检具厂，确定检具的基准面、凹凸情况，检测截面、定位面等，并简单绘制其二维示意图。 在 汽车检具的设计中，检具体的设计建模是关键，它直接影响到检具能否精QUE的检测工件质量。  由于车身覆盖件以自由曲面为主的特点，汽车检具公司，“实物反求”是目前建模的通用方法。反求即依据已经存在的工件或实物原型，用激光扫描仪进行数据采集，并经过数据处理、三维重构等过程，构造具有具体形状结构的原型模型的方法。我们用激光扫描仪对标准的工件表面进行扫略，采集到以点云为主的件表面特征息，将点坐标转换到车身坐标下，用surfacer软件处理点信，得到工件表面曲面的特征曲线，从而生成较终的自由曲面模型；同时可以通过点云到曲面的大小距离来检测所生成的原形模型。应注意的是，此时所得到的模型是没有厚度的片体模型，要根据扫描仪扫略的表面分清该模型为工件的内或外表面，这对于检具体的设计尤为重要。    实现检具对工件自由曲面的检测，一般使检具体的表面与工件内表面保持3或5mm常数间隙，数控加工机床能按照所设计的型面数模达到较高精度的要求，实际检测时通过检具型面配合**的量具往复移动即可测量出工件曲面的偏差。工件外轮廓的检测方法主要有两种，设计所对应的检具时：①检具体表面沿工件外轮廓切向向外延伸20mm左右；②沿工件外轮廓法向方向向下延伸20mm左右。在通用的CAD软件(如UG)中，将工件表面向内offset3或5mm的距离(如果所生成的工件模型为外表面，在作offset时还要加上工件的厚度)，接着把该曲面沿其轮廓的切向或法向延伸20mm，得到检具体的检测表面，再向基准面拉伸一定距离即是检具体模型。由于车身覆盖件较为复杂，在生成检具体检测表面时大多需要上述两种方法的结合，而对于一些特殊的型面，这一点仍然难以实现。图2所示为复杂型面的处理示意图。图中内引擎支座的工件表面在1，2两处明显产生自相交和干涉，为了保证工件的主要轮廓得到检测，牺牲了具有垂直高度差的转角处的检测，生成如图所示的检具体表面，较后在检具体表面沿工件轮廓和间隔3mm双划线，以方便检测工件轮廓。当然，在检具(尤其是检具体)的设计中还会碰到很多类似的问题，都需要对检具原理的渗透理解和经验进行后期处理。 2 断面样板的设计建模   对工件关键形面的检测一般通过断面样板来实现，检具的断面样板分为旋转式和插入式两种，当断面样板的跨度**过300mm时，为保证垂直方向的检测精度，通常将其设计为插入式。检具体表面检测的是工件的内表面，断面样板则横跨在工件外表面上，洛社镇汽车检具，用来检测关键截面的外表面，一般其工作表面距离工件外表面2-3mm，其建模方法与检具表面类似。断面样板的板体材料一般为钢或铝等金属，工作表面部分可用铝或树脂等制成。复杂形面的断面样板在旋转或插入时会产生干涉，实际设计中可以将其分段处理，如图3所示。   若设置成插入式断面样板，则与工件定位销发生干涉；若设置成单一旋转式，由于工件本身多折面性，造成与检具体或工件发生干涉，将其设计成两块独立旋转式断面样板，即可满足全检测的要求。

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