新型多传感测头坐标测量机

　　以往的多传感测头坐标测量机通常是在传统的单传感测头坐标测量机上增添新的传感测头而构成（例如在基于接触式测头的传统坐标测量机上加装视频测头），但通过增加传感测头通常并不能使此类坐标测量机获得最佳的测量性能。为此，美国OGP公司（OpticalGagingProductsInc.）新推出一种根据多传感测量技术而专门设计的新型多传感测头坐标测量机——SmartscopeQuest650型坐标测量机。

　　Quest650型坐标测量机的传感系统集成了多种常用的传感测头，包括远心变焦镜头光学测头、视频测头、触发测头、接触扫描测头、同轴激光测头、离轴三角测量法激光测头，此外还配备了微探针测头、低接触力测头和白光测头。加工车间使用这种多功能坐标测量机，通过一次安装即可完成被加工零件的大部分测量工作，不仅可大大节省测量工时，而且避免了购买和使用多台不同类型测量机的麻烦。此外，操作者只需学习、使用一种测量软件即可。

　　Quest650坐标测量机使加工车间仅用一台测量机即可完成大部分测量任务成为可能。例如，发动机缸体之类的大型零件具有多方位的复杂外形，采用视频传感方式很难检测，因此通常不适合在视频型坐标测量机上进行测量，而利用接触式测头和激光测头则可实现视频测头难以完成的复杂形状测量，这意味着Quest650坐标测量机可满足更多类型的测量需求。由于Quest650的测量软件集成了多种传感器数据，因此可快速、容易地对被测零件进行完整、详尽的测量分析。

　　为建立适合多传感测头的测量平台，Quest650坐标测量机的机械设计和软件开发极具创新性，从而保证测量机具有极高的机械精度，并可实现不同类型测头之间的可靠转换。Quest650坐标测量机的测量范围（X×Y×Z）为：500mm×660mm×300mm（可选400mm）。OGP公司采用了特殊的空间精度校准技术，使X、Y轴测量精度达到（1.0+4L/1000）μm，Z轴测量精度达到(2.5+5L/1000)μm。如此高的精度水平在相同测量范围的坐标测量机中是较为罕见的。

　　为提高测量机X、Y轴的测量精度，设计人员对Quest650的结构布局进行了精心安排，如将所有电子元器件集中设置在测量机后部的电气柜内，使其远离测量轴；X、Y轴采用带液体冷却的直线电机驱动。这些措施最大限度地减小了其它部件产生的热量对测量轴精度的影响，使测量温度与环境温度的温差波动控制在很小范围内。

　　为提高Quest650的测量精度，对Z轴的精密直线运动采用了最具创新性的设计。该测量机的Z轴没有采用典型的滚动导轨机构，而代之以可在Z轴全长范围起到完全支承作用的直线导轨系统。该系统的导轨运动方向与测量机的光学测头采用同轴安装方式，以减小安装角度误差对测量精度的影响。

　　Quest650的光学测头采用了获得专利的新型测量原理。由于采用了远心变焦透镜，即使在被测工件未能准确对焦的情况下也可保持成像尺寸不变，这一特性保证了光学测头在整个放大倍率和焦距变化范围内对X/Y平面的测量精度。因此，在测量前不需要进行对焦操作，在整个变焦范围内实质上也不存在图像失真现象。

　　环绕Z轴光学系统的箱形结构提供了可靠的支承刚度，并可防止传感系统的其它测头对光学测头的工作性能产生负面影响。传统的光学测头通常安装在滚动导轨上，如果存在任何安装角度误差，都将被机械系统放大。而Quest650的光轴与机械运动轴同轴，因此角度误差不会转换为测量误差。

　　与基于视频测头的典型坐标测量机相比，Quest650的Z轴行程被加长，这对于充分发挥接触式测头的性能优势十分必要。由于接触式测头需要一定的回程量，因此必须有较大的Z轴行程才能满足测量大型工件的需要。此外，较大的Z轴行程也使Quest650可采用视频测头测量大型工件。

　　为了减小由振动引起的测量误差，Quest650采用了焊接式静态三腿支承机构。在测量机的花岗石底座与支承机构之间设置了用于隔振的聚合物阻尼盘。为达到更高的隔振要求，OGP公司还可以用被动型或主动型气浮系统替换静态三腿支承机构。

　　坐标测量机的测量速度与其测量精度一样重要。为了降低制造成本，加工车间对坐标测量机的测量效率要求很高。Quest650的测量轴运动速度（X、Y轴：400mm/s；Z轴：200mm/s）可以满足高生产率加工的测量要求。

　　OGP公司可为用户提供各种定制组件，以扩展测量机的使用功能，典型的应用项目包括自动装卸、分选工件、遥控操作、激光打标、条码扫描等。为便于操作，Quest650采用了固定桥式结构型式，开放的操作平台区可避免干涉，并可从上方手动或自动装卸工件。进行自动操作时，软件可向外置的工件装卸装置发出信号，控制其前后移动。当测量完一个工件后，软件将自动激活工件装卸装置卸下该工件，并装上下一个工件。

　　在Quest系列坐标测量机夹具工作台的后面有一个连接初级和次级转动的预置面板，面板上有用于程控夹持的I/O数字接口、RS232通讯接口、气动和真空夹持接口及其它接口。

　　为确保测量机在加工车间环境中工作时的测量精度，作为Quest650成套系统的一个组成部分，用户可定制一个测量机防护罩，以控制测量温度的变化，减小车间粉尘对测量机的影响。操作者可在防护罩的外面通过一个触摸屏操纵测量机工作。

　　Quest650的测量软件实现了对所使用的各种传感器的完美集成，通过一个转换测头命令（gettheprobecommand），即可轻松地实现从一种测头到另一种测头的转换，并可自动完成误差补偿和非线性校准工作。

　　OGP公司开发多传感测头坐标测量机时面临一个重要课题：使用各种不同类型测头测量同一个工件时，如何保证相同的空间误差水平。解决这一问题的途径通常有两种：一是尽可能减小测量机的机械结构误差；二是针对不同类型的测头应用不同的误差补偿技术。Quest650的机械结构设计很好地实现了前一个要求，而其软件的开发解决了后一个问题。该软件不仅可对不同类型的测头进行误差补偿，而且采用了新的非线性校准/修正技术文件，从而可在包容了不同测头测量范围的整个测量空间（而不仅仅是单个平面）进行误差修正。该软件还可监测附加旋转轴运动时产生的所有坐标变换。

　　Quest650可配置双旋转轴（W1和W2）以实现五轴测量，这对于非棱柱形或非立方体的复杂三维型面（如喷气发动机的涡轮叶片）的测量尤其适用。用坐标测量机测量此类工件（形貌）时通常可采用两种方式：第一种方式是将工件置于测头下方的旋转工作台上，测量时工件转动，这是使用视频测头或激光测头的典型测量方式；第二种方式是用关节式测量头驱动测头运动，对工件进行接触测量。这两种测量方法在Quest650上均可应用。

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