三坐標測量機的技術升級改造和多功能化：

三坐標測量機（CMM）使加工車間能夠對用戶要求日益嚴格的零件公差進行檢測。但是，用CMM進行精密測量所耗費的時間和精力（取決于CMM的服役年限和復雜程度）往往可能成為生產流程中的一個瓶頸。通過有選擇地對CMM進行升級改造和采用多功能CMM技術，有助于提高CMM的測量速度和檢測柔性。

CMM的升級改造：對CMM進行升級改造時，首先必須考慮的問題是CMM的機械性能。為此，需要檢查CMM的使用狀態(tài)，如果機械部分狀況良好，能夠校準和保持精度，那么就適合對其進行升級。如果機械系統(tǒng)已經損壞，喪失了精度，就沒有必要對其進行升級改造。如果一臺CMM機械性能完好，比較經濟實惠的升級方式就是更新其測量軟件。軟件升級是CMM改造的工作重點。一個典型實例是升級改造一臺已使用了15年，硬件狀態(tài)良好但軟件運行平臺仍為DOS操作系統(tǒng)的CMM。用基于Windows操作系統(tǒng)的新型測量軟件（如Zeiss公司的Calypso軟件包）對其進行更新升級后，就能輸入CAD文件，選擇測量范圍，并自動創(chuàng)建測量程序。這種面向操作者的軟件允許脫機編程，可在不中斷測量的情況下為檢測新的零件進行編程準備。如果一個加工車間有多臺不同品牌的CMM，可以將它們升級到同一個測量軟件包，這樣操作人員就可以方便地在多臺CMM之間輪換操作。軟件的標準化還有利于新購置CMM設備，因為可以將測量軟件直接移植到新增的CMM上。完成軟件升級后，下一個步驟是升級更新CMM控制器。通過更換新型控制器，可以顯著提高數(shù)據采集的速度和精度，還能為CMM提供信息采集、隨機診斷等功能和預檢修程序。完成軟件和控制器升級后，更新測頭技術也可以顯著改善CMM的性能。CMM的標準測頭為觸發(fā)式測頭，它的探針與被測工件接觸一次，就激活一次發(fā)訊開關，記錄一個數(shù)據點。現(xiàn)在許多觸發(fā)式測頭的性能不斷提高和完善，如接觸式掃描測頭可在觸測點與工件保持接觸并提供模擬量反饋，連續(xù)而快速地記錄大量數(shù)據點。新的測量軟件、控制器和測頭技術相結合，可以大大提高CMM的檢測速度。例如，Zeiss公司為高性能級CMM新機型配備的Vast Navigator組合套件中就包括了先進的邏輯控制器、專用測頭和測量軟件，可對被測工件進行快速掃描和數(shù)據采集。過去對V6發(fā)動機的汽缸體進行一次全面檢測需要22分鐘，而采用Navigator套件（即使不對測量程序作任何改編）可使檢測速度提高30％。

傳感技術的改進：傳感器技術的進一步發(fā)展包括在不接觸工件的情況下采集其尺寸數(shù)據的能力。如采用激光測頭進行探測時，將一束相干光投射到被測工件表面，通過對反射光信號進行分析，即可記錄到單點或多點尺寸數(shù)據（如同采用接觸式掃描測頭時一樣）。視頻傳感系統(tǒng)則采用一臺攝像機和一套照明系統(tǒng)，可以同時記錄大量數(shù)據點，能夠精確測量工件的邊緣，還能記錄接觸式測頭難以檢測的微小形貌。非接觸式傳感器最適合用于測量具有延展性的軟材料和小尺寸工件形貌。采用非接觸激光掃描測頭能夠快速完成大尺度、中等精度的檢測工作（如汽車外儀表板安裝尺寸的檢測）。而用接觸式掃描測頭檢測薄壁金屬工件則可能因測力過大而損壞工件，檢測此類工件的精度要求可能比檢測發(fā)動機汽缸體的典型精度要求（＜2μm）要低10～20倍。新型掃描測頭能夠彌補傳統(tǒng)測頭測量功能的不足。傳統(tǒng)的觸發(fā)測頭只能用于單個點的尺寸/位置測量，而掃描測頭具有多點快速測量功能，是工件形貌測量的首選。例如，Renishow公司新開發(fā)的掃描測頭的掃描速度比傳統(tǒng)測頭大幅度提高，同時又保留了觸發(fā)測頭的單個數(shù)據點快速測量功能。提高掃描測頭的掃描測量速度意義重大。但在以前，當試圖提高掃描速度時，測量機的動量和慣性會導致測量精度降低。當測量機驅動測頭快速掃過工件和改變運動方向時，就會產生不斷變化的動態(tài)誤差，從而將掃描速度限制在20mm/sec.以下。為了將動態(tài)誤差的影響降至最小，Renishow公司開發(fā)了新的軟件和硬件，其中包括2軸萬向定位測頭。最近，該公司推出了一套由Renscan5測量機5軸控制技術、Revo高速掃描測頭、激光校準測頭和UCC2通用型CMM控制器等組成的掃描測量系統(tǒng)。采用該成套技術的CMM能以500mm/sec.的掃描速度對高精度工件參數(shù)進行可覆蓋更大數(shù)據范圍的高速測量。

CMM的多功能化：正如將控制軟件與換刀裝置相結合的多功能機床能在一次裝夾中完成工件的多工序加工一樣，采用多傳感技術的CMM也能在同一臺儀器上實現(xiàn)對工件多種誤差項目的檢測，從而可以節(jié)省將工件從一臺儀器移至另一臺儀器分別測量各項誤差所花費的時間和精力，并可將工件在轉移、裝卸過程中發(fā)生損壞的可能性和多次裝夾引入的測量誤差降至最低。但是，用多傳感技術改造老式CMM也存在一些需要解決的問題。雖然目前將CMM的單點觸發(fā)測頭升級為掃描觸發(fā)測頭已相當普遍，但在CMM上加裝視頻測頭卻受到一定限制。這是因為視頻測頭通常比觸發(fā)測頭要重得多，而老式CMM的機械結構設計難以承受這一重量。此外，使用視頻傳感系統(tǒng)還需要有專用照明裝置，而在使用觸發(fā)測頭的CMM上通常沒有此類裝置。另一個問題是觸發(fā)測頭與視頻測量軟件的集成。觸發(fā)測頭CMM的測量方式是對單個點或一組點進行采樣，而視頻測量系統(tǒng)則是利用一臺攝像機對一個點陣進行快速采樣。因此，為了能在測量中對不同的傳感器進行快速切換，而無需停機對其它傳感器重新校準后再繼續(xù)測量，將不同的傳感器集成到測量軟件中就顯得至關重要。OPG公司正嘗試以另一種思路來解決CMM的多功能化問題，即最好是在視頻測量機上加裝單點采樣傳感器，而不是在單點測量機上加裝視頻測頭。由于視頻測量機具有同時處理多點數(shù)據的能力，因此也能處理單點數(shù)據和掃描輸入數(shù)據。該公司設計的多傳感測頭CMM是以視頻測量機為基型，可加裝接觸測頭、激光測頭以及其它類型的傳感測頭，即在同一個給定的測量平臺上可以使用4～5種不同的傳感測頭。集成化的多測頭CMM能夠大幅度提高測量能力和檢測效率。例如，將被測工件一次裝夾好后，可以用視頻測頭對所有適合視頻測量的部位進行數(shù)據采樣；對于某些視頻測頭無法測量的部位（如深度超過視頻測頭焦距的孔的底部），可以換用觸發(fā)測頭逐點采樣；對于那些沒有經過精確幾何形狀CAD設計的復雜表面形貌，則可采用激光測頭對其進行表面掃描。各種傳感器采集的數(shù)據點用一個軟件包進行分析，并將分析結果與初始CAD文件進行比較，以確定工件是否正確。多傳感測頭的一個典型應用實例是對半金屬密封墊圈的測量。對于墊圈的金屬基體材料部分，可以采用接觸式測頭測量其尺寸參數(shù)（如孔徑）；對于不能用接觸式測頭測量的軟性材料部分，如果有一臺多功能CMM，就可以切換到視頻攝像測頭，從而獲得工件的連續(xù)數(shù)字圖像。將多種測量功能集成到一臺測量機上是完全可以實現(xiàn)的。CMM的多功能化將大大減少測量每種特定的工件參數(shù)對單一功能測量機的需求量。隨著坐標測量技術的不斷發(fā)展，CMM最終可能會達到如下理想境界：只需將被測工件放到測量機上，撳一下按鈕，即可獲得需要的所有測量結果。將來，用一臺綜合型測量機取代所有的單一功能測量機也完全可能實現(xiàn)。