广西机电技师学院 广西柳州 545000
摘要：三坐标测量仪现已广泛应用于汽车零部件、航空航天等用于测量齿轮、形状尺寸、蜗杆等精密作业中，能够实现过程控制、外形测定和零件检测的目标，发挥着不可替代的作用，因此立足于应用现状和发展情况探究其升级优化的方向十分必要，由此本文将从三坐标测量机的定义和功能出发，并说明在精度、效率、配置、技术和智能化方面应当如何予以升级，以期达到为其他人员研究提供支持的效果。
关键词：三坐标测量机；功能；发展
引言：现阶段，经过调查在市面上已经出现了300种不同品种规格的三坐标测量机，其相较于传统的测量方式具备空间测定和精准测量的特点与优势，能够应对复杂工件的测量任务实现高效高精度的检测成效。但先进测量设备的应用不能停留在原有的层面上，需要顺应自动化、信息化和智能化社会的构建要求，对现有设备予以改良，由此满足发展需求。
1 三坐标测量机的概述
1.1 定义
此设备是一种能够从三个方向测定零件特点的机器，探测器可在导轨上移动，并按照三个不同的方向利用非接触或者接触的方式精准测定零件的外观特点。在相互垂直的导轨上存在着光学尺等位移测量系统，其在接收到探测器的信号后能够加以分析和处理，进而在计算机的作用下将工件的各部分坐标显示完全，以此给出计算精度较高的三维坐标数据点信息。实际工作中，探测器可发挥着多个方向移动的作用，并不需要转动工件的位置，其就能够将立体结构的五个面准确测定，如若加装特殊探头和夹具，则可给出六个面的测量数据，说明工作效率和质量极高。
1.2 主要功能
结合目前常用的测量机来看，其主要的功能是测定轮廓、尺寸并完成几何精度和定位精度的作业，我国引进机器的时间不长，其与国外所生产的机器从精度、工作效率上还有一定的提升空间，需要就其生产、产品开发和技术独立等多个角度加以分析，给出创新的意见。
2三坐标测量机的发展趋势
1.3 精度的提升
我国现阶段所使用的三坐标测量机的精度尚未达到微米级的要求，在精细加工的作业中，需要保证不准确度与制造公差间存在着限定的关系，但实际作业中所应用的机器设备，其并不能实现自动利用测头检测的目标，说明误差可能较大，难以顺应目前在发展层面上的需求。由此，在精度提升方面要通过提高标尺、结构精度入手，使用激光干涉标尺，应用于大型的测量机中，发挥出无形标尺的特性[1]。实际使用过程要消除热能对测量设备产生的影响，采取在隔热舱外放置激光器的办法，降低激光产生的热能。其次要对折射率加以补偿，通入氦气，使得激光发出后可经过氦气的空间环境，利用所具备的性能稳定的优势，逐步向真空环境创造的方向发展。但真空环境构建存在着标靶移动会因气压变化产生误差的问题，带来附加变形，因此要集中力量解决这一问题。因测量机本身包含测头、分度台、主机结构，通过运用系统补偿的方式降低误差的影响，并且要控制环境误差，规避热变形和复杂力变形。
1.4 效率的提高
效率提高方面要完善测量机的结构设计工作，使用更为轻质的运动部件材料，将人工合成材料、陶瓷、铝等应用其中，发挥出空心结构的特点，并在计算杨氏模数与密度比后，选择比值较高的结构材料，以此提升整体的性能[2]。三坐标测量机工作中常出现震荡和过冲的问题，需要利用性能控制的策略，使得设备即便是处于高速移动的状态仍旧能够维持平稳，精准定位尺寸和形状。将扫描测量和飞测的方式引入，满足测头与工件速度不可过大的需求，消除限定性因素，运用不接触的测头，将点位的情况扫描完全，并补偿动态误差，与运动规程建立起联系，以此实现对测量机的优化设计工作。
1.5 配置的完善
上文提到效率的提升的关键在于非接触测头的应用，其具备着高探测速度、形成莫尔条纹等高线、无测量力的优势，尤其是应用于微电子工业中时，其中包含着大规模的集成电路，无法使用接触测头测量完全[3]。在国外研究成果和实践经验的支撑下，我国已经进入到对一维测头、二维测头和三维测头的研究中，就轮廓边缘的界定展开深入讨论，分析在不同的照明情况下所生成的边缘位置和工件表面特征，维持机械轮廓边缘与光学轮廓边缘的一致性。目前，量程大、精度高和用于小孔等微型零件的测量作业中。实际应用中要交替使用多种类型的测头，依据不同特征的工件的测量要求，在摄像机找到大体的位置后，为测头测定缩小范围，最终自动生成路径。为确保作业的精准度，要完善测头的附件，将回转体、接长杆、探杆的自动化水平提升，接入计算机，将回转台和分度台转换为数控操作的形式，并加入二维分度台，将测量机的维度扩展，触及到四、五维的层面。
1.6 技术的革新
技术的革新要从新材料和新技术两个层面来分析其发展的情况和趋势。首先就材料而言，现阶段已经将铝合金、陶瓷等性能匹配的材料应用到测量机的革新中，因其具备导热性能优良、不易变形的特点，能够更为顺利的开展热变形补偿工作，但同一种材料的性能并非是完美的，需要涂覆另一种起到补充作用的新材料，从而满足特殊的测量要求。部分测量机已经将微晶玻璃应用其中，其所具备的零膨胀系数特性适合制成关键组件，由此制作为接长杆、探针等，还可使用碳化纤维，其高弹性模量和小膨胀系数的特质也可辅助作用于零件与附件制造中。其次，就技术的革新而言，已经将磁悬浮技术引入，发挥出高速运行的特质，能够对测头的作用起到促进的效果。目前我国进入到自动化和智能化的发展道路上，针对测量机来讲，同样要使得引入的技术具备智能化的特点[4]。现阶段，研制出多种软件，其可实现自动转换坐标系、完成半径补偿和软件控制的功能，并逐步阿计入了误差补偿软件，将网络通信功能与CAD、CAM软件同时作用，丰富了软件的类型。数值算法的发展也呈现出迅猛的势头，利用最小二乘条件作为评定的准则，但此种方式存在局限，应当朝着最小外接、最大内接、最小区域和最小二乘条件的多种准则联用的方向发展。充分应用多种仿真软件，利用样条函数拟合和建模，并在网络通信技术的辅助下统计分析测量结果，说明统计参数及其反馈的意见，有助于完成质量管控的任务，实现对生产制造系统的监管。结合大数据分析的结果来看，三坐标测量机中的技术发展主要集中在测量软件的优化上，其已经实现了反向工程软件的准入，智能化程度逐渐加深[5]。
1.7 智能的引入
在智能化发展这一层面，要逐渐走向自动编程和优化测量机的道路。自动编程是要根据有图纸和缺少图纸这两种情况而定，对于有图纸的情况，要将图纸录入，读取其中的内容，并在计算机数据库的支持下给出决策意见，配置相应的测定路径和程序，而没有图纸的情况要安装多个摄像头，大致描绘形状，以此作为后续自动编程的参照，精准选择回转体等配置。智能化的测量过程要直接显示出最佳安装位置，优化参数，评定不确定度，自动诊断故障。例如：出现室温偏高的情况后则警示测定数据的精准性，给出提示或者重测指令。
结束语
综上所述，三坐标测量机的发展日新月异，研究人员要从其工作环境分析的角度出发，评定现阶段的作业特点和不足之处，从而引入更为先进的配置和技术软件等，以此推动精准测量领域的发展，提升测量的精确度。
参考文献
[1]唐宇存,李锦忠,林安迪,匡绍龙.基于三坐标测量机的机器人位姿精度检测方法[J].计算机工程与应用,2020,5605:257-262.
[2]魏舜昊,章家岩,冯旭刚.三坐标测量机高速测量过程动态误差分析与补偿[J].电子测量与仪器学报,2020,3405:43-50.
[3]刘京苑.三坐标测量误差及其处理分析[J].技术与市场,2020,2707:100+102.
[4]晁飞.三坐标测量机测量误差分析及补偿方法[J].中国设备工程,2020,21:231-232.
[5]范恒亮.三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究[J].山东工业技术,2019,05:5.