“生產(chǎn)能力(throughput)”是制造商們關(guān)注的焦點(diǎn)：一個工件通過一道工序的速度有多快屡萤？一個工件在工廠里從始至終的整個制造過程又有多快腹痹？當(dāng)然血明，工廠的生產(chǎn)能力基本上是與工序的通過能力聯(lián)系在一起的停就。對于復(fù)雜始踪、高價值工件的制造商來說，測量數(shù)據(jù)的采集常常成為瓶頸工序颈癌。例如洁糟，發(fā)動機(jī)缸體和噴氣發(fā)動機(jī)渦輪葉片需要采集大量數(shù)據(jù)點(diǎn)，用于工藝控制和質(zhì)量認(rèn)證猖败。   

　　在三坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)上采集工件數(shù)據(jù)的速度有可能相當(dāng)緩慢速缆，以致無法跟上CNC數(shù)控機(jī)床的加工節(jié)拍。當(dāng)把測量數(shù)據(jù)用于車間的生產(chǎn)流程時恩闻，時間可能已經(jīng)太遲艺糜，難以及時預(yù)防不合格零件的產(chǎn)生〈鄙校總之破停，CMM低下的測量能力會拖工廠其它工序的后腿。   

　　發(fā)明了CMM和數(shù)控機(jī)床用觸發(fā)式測頭的英國測頭制造商雷尼紹(Renishaw)公司已經(jīng)開發(fā)出了在計(jì)算機(jī)控制的CMM上高速掃描測量復(fù)雜工件的新技術(shù)侠草。據(jù)該公司介紹辱挥，這項(xiàng)技術(shù)對于提高CMM測量能力的貢獻(xiàn)可與三十多年前發(fā)明觸發(fā)式測頭的成就相媲美。CMM的掃描速度可高達(dá)每秒鐘500mm边涕，比傳統(tǒng)的掃描速度快50倍晤碘。   

　　高速掃描改變了CMM的測量現(xiàn)狀，大大縮短了測量時間功蜓，同時還增加了CMM能夠采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量园爷。在更短的時間內(nèi)采集更多的數(shù)據(jù)將使制造商能夠測量更多的結(jié)構(gòu)形貌，檢測更多的工件，滿足更嚴(yán)格的工件技術(shù)要求卷芜，以及對加工工序?qū)嵤└鼑?yán)格的控制夷朽。   

　　許多制造噴氣發(fā)動機(jī)、商用飛機(jī)和野外施工設(shè)備的公司已經(jīng)期待采用該技術(shù)來改善他們的生產(chǎn)策略元粹，并最終提高CNC數(shù)控機(jī)床和其它加工設(shè)備的整體生產(chǎn)能力熄朴。   

　　 CMM掃描測量現(xiàn)狀    利用掃描測量功能，CMM能夠采集到比用觸發(fā)式測頭進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)移動測量多得多的數(shù)據(jù)點(diǎn)勺激。掃描時雾鸠，測頭的探針始終與工件表面保持接觸，測頭探針不斷變化的位置按規(guī)定的間隔被記錄下來捎滴，從而獲得一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)纪娄。通過這些增加的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以產(chǎn)生比采用點(diǎn)到點(diǎn)觸測方式更為完整的工件特征的數(shù)字化表達(dá)悉契。例如启毁，通過掃描測量可以獲得模具型腔內(nèi)輪廓表面的不規(guī)則形狀或葉輪轉(zhuǎn)子葉片的復(fù)雜曲面。同樣憔辞，也可以確定精密孔在全孔長上的圓度和直線度页衙。   

　　但是，在CMM上進(jìn)行掃描測量面臨著一些會影響測量速度的限制因素阴绢。大多數(shù)CMM都設(shè)計(jì)為三軸運(yùn)動方式拷姿，當(dāng)這種結(jié)構(gòu)的測量機(jī)以較高的加速度進(jìn)行加速和減速運(yùn)動時，其質(zhì)量產(chǎn)生的慣性會引起動態(tài)誤差旱函。為了避免這種由慣性引起的誤差，必須對掃描速度加以限制(大多數(shù)掃描速度局限在5～15mms之間)描滔。同樣地棒妨，三軸運(yùn)動方式還會限制測頭探針的機(jī)動性，可能使其無法到達(dá)某些工件表面(如葉輪轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面)含长。    為了大幅度提高CMM的掃描速度水平券腔，克服上述局限性以及許多其它困難是雷尼紹公司必須面對的挑戰(zhàn)，他們必須開發(fā)并集成多種創(chuàng)新技術(shù)拘泞，包括五軸測量機(jī)控制系統(tǒng)纷纫、可作獨(dú)立旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動的測頭、具有內(nèi)置激光位置傳感器的探針陪腌、可供終端用戶和OEM設(shè)備制造商實(shí)現(xiàn)高速五軸掃描測量的開放式軟件界面等辱魁。雷尼紹公司稱，該技術(shù)是公司歷史上最復(fù)雜叼稍、耗時最長的研發(fā)項(xiàng)目轨赦，從開始研究到產(chǎn)品上市前后歷時11年多。   

　　多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的集成    兩軸Revo測頭是這項(xiàng)新技術(shù)最顯著的特點(diǎn)之一。該測頭由內(nèi)置的直驅(qū)式無刷電機(jī)驅(qū)動谈芬，可像手腕關(guān)節(jié)那樣作旋轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動徙祥，與五軸銑床上旋轉(zhuǎn)銑頭的運(yùn)動方式非常相似，事實(shí)上式蠢，這種兩軸測頭在大多數(shù)情況下都是以五軸掃描模式進(jìn)行測量操作廉贤。   

　　Revo測頭具有以下主要特點(diǎn)：   

　　(1)無限制定位能力。該測頭可繞垂直軸作360°旋轉(zhuǎn)和繞水平軸作125°回轉(zhuǎn)遥妒，這種全方位運(yùn)動能力使探針能夠觸測到那些其它測頭難以接近的工件特征卧蒂，探針也不需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。該測頭可以連續(xù)轉(zhuǎn)動測量而無需返回零位圣界。   

　　(2)質(zhì)量輕巧更假。由于測頭本身能夠提供大部分掃描運(yùn)動，因此質(zhì)量較笨重的CMM直線運(yùn)動軸就無需移動太長距離或作快速移動贷币，這就大大降低了掃描過程中產(chǎn)生的慣性击胜，從而減小了慣性誤差。   

　　(3)高分辨率圓編碼器役纹。圓編碼器的分辨率達(dá)到0.08弧秒偶摔。這些高分辨率的圓編碼器使測頭運(yùn)動的定位精度極高。   

　　為了驅(qū)動旋轉(zhuǎn)測頭并使其與CMM的直線運(yùn)動保持同步促脉，開發(fā)了名為Renscan5的五軸控制系統(tǒng)辰斋。該軟件中包括了誤差映射程序，可對幾何形狀誤差瘸味、溫度誤差和測量機(jī)的動態(tài)誤差進(jìn)行補(bǔ)償宫仗。   

　　Renscan5驅(qū)動系統(tǒng)具有以下主要功能：   

　　(1)可使CMM在測量過程中保持勻速運(yùn)動，從而消除因高加速和高減速運(yùn)動引起的動態(tài)誤差旁仿。   

　　(2)可驅(qū)動測頭和探針進(jìn)行飛行式(on-the-fly)重新定位藕夫，以減少將測頭從一個工件特征移動到另一個工件特征的“非測量”時間，從而有助于縮短測量周期枯冈。由于測頭可以連續(xù)轉(zhuǎn)動測量毅贮，重新定位可通過可能的最短路徑快速完成。   

　　(3)軟件的數(shù)據(jù)處理速度為每秒2000點(diǎn)尘奏。測頭實(shí)際上能以每秒6000點(diǎn)的速度采集數(shù)據(jù)炊捻，并可將其余的數(shù)據(jù)存儲起來進(jìn)行離線處理。   

　　為該系統(tǒng)開發(fā)的探針在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與以往的探針不同瓣挂，探針桿是一根中空管眨捶，從測頭本體中發(fā)出的一束激光通過空心管道投射到位于探針頭的反射鏡上，反射光束返回測頭本體中的“位置傳感檢測器”枪笆，即可精確檢測探針頭的位置辜尝。與要求具有極高剛性的傳統(tǒng)測頭探針不同毫蚁，這種中空管探針桿被設(shè)計(jì)為可以彎曲，因此可使反射回來的激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn)雳址。激光光斑在傳感器上的移動被轉(zhuǎn)換為結(jié)合了有關(guān)測頭及探針幾何形狀信息的測量輸出以及每一個CMM坐標(biāo)軸的讀數(shù)析深，這樣就可以生成探針頭的準(zhǔn)確位置。   

　　這種探針的設(shè)計(jì)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：   

　　(1)由于激光束不受重力敌痘、慣性或溫度的影響咨锐，因此可獲得很高的測量速度和測量精度。   

　　(2)質(zhì)量輕巧钢婆，與測頭的輕質(zhì)特性相互匹配系馁。   

　　(3)距回轉(zhuǎn)軸250mm處的測量精度可達(dá)1μm。   

　　(4)為擴(kuò)大探測范圍窟扑，探針可加長至500mm喇颁。   

　　(5)測頭在一個位置校準(zhǔn)，且在重新定位后無需重新校準(zhǔn)嚎货。   

　　最后橘霎，為五軸掃描測量系統(tǒng)而開發(fā)的開放式界面也值得關(guān)注。該界面符合I++DME標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議殖属，允許用CMM編程軟件編寫的測量路徑驅(qū)動任何符合協(xié)議的CMM姐叁。事實(shí)上，Renishaw的五軸控制器可以聯(lián)接到任何CMM上洗显，從而可使現(xiàn)有的CMM很容易升級到五軸掃描測量功能外潜。    創(chuàng)新測量技術(shù)的發(fā)展前景    Renishaw公司指出，制造商們對在CMM上進(jìn)行高速五軸掃描測量表示出了極大的興趣挠唆。這種興趣已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了突破工件檢測工序瓶頸這一顯而易見的前景处窥。   

　　今后，一些具有創(chuàng)新性的測量技術(shù)(如曲面掃描玄组、鋸齒狀邊緣測量等)完全可能實(shí)現(xiàn)碧库。鋸齒狀邊緣測量對于噴氣發(fā)動機(jī)渦輪葉片的加工制造顯得尤為重要，因?yàn)椴捎贸Ｒ?guī)測量技術(shù)很難檢測此類葉片邊緣功跑。汽車發(fā)動機(jī)缸體孔內(nèi)徑的螺旋掃描測量將不僅能夠提高檢測速度，而且還能采集到更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)谤变，以便對缸孔的圓柱度及其它形位特征進(jìn)行更有效的監(jiān)測荞谬。   

　　今后，100％全數(shù)檢測將擴(kuò)展應(yīng)用于更多的工件适系。目前這種需求在航空零件的加工中正日益增多字拗。制造商僅僅通過簡單地增加抽檢樣品的數(shù)量，就能在產(chǎn)品質(zhì)量控制上獲得很大的回報高骑。例如蝠盘，一個汽車傳動箱制造商希望將抽檢頻率從每班檢測3個傳動箱增加到每小時檢測3個傳動箱脾仁，這樣可以大幅度降低工件的加工誤差。   

　　在某些情況下苔免，通過更好和更快的監(jiān)測控制秕栓，能達(dá)到提高加工用量的效果，因?yàn)橛行У臏y量監(jiān)控可以減小采用大用量加工所帶來的風(fēng)險更启。   

　　此外邢入，隨著制造商不斷探索如何提高CMM的掃描測量能力，其加工制造策略也在發(fā)生更徹底的變化趴荸。顯而易見儒溉，對CMM測量能力的限制同時也是對如何制造高價值復(fù)雜工件的大膽想象空間的限制。

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