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三坐标测量机性能维护与保养
作者：牛文莉
来源：《硅谷》2011年第15期
摘 要： 随着现代制造技术的高速发展，制造手段的不断创新，以及制造精度的不断提高，对先进测量仪器也提出更高要求。三坐标测量机作为现代反求制造技术的重要支撑，其应用也越来越广泛，为延长机器的使用寿命，机器的日常维护保养至关重要。 关键词： 工作压力；环境温度；湿度；维护
中图分类号：TH707 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810188－02
三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，并快速准确地评价尺寸数据，为操作者提供关于生产过程状况的有用信息。三坐标测量机的组成比较复杂，主要由机械部件、电气部件、计算机系统组成。对三坐标测量机测量精度影响最大的因素主要由工作压力、环境温度和湿度等。 1 工作压力的影响
绝大多数测量机都是采用气浮轴承使运动轴的运动无磨擦，气浮块的正常浮起状态对于测量机的正常工作非常重要。在正常工作压力的前提下，气浮块的浮起间隙约6-10μm，空气压力的波动会使气浮块的气浮间隙变化，影响测量时重复定位精度。气压严重不足时，会使气浮块不能充分浮起造成与导轨摩擦，轻者影响测量机运动状态和测量精度，重者会磨损导轨和气浮块，甚至严重损坏三坐标测量机。Z轴采用气动平衡的测量机在气压严重不足的情况下会造成Z轴失衡下落的情况，所以，要保证给测量机提供稳定的工作压力。空压机最好另有储气罐，使空压机压力稳定工作寿命长。同时，必须采取前置过滤的方法，尽量争取把空气中的水分子和油分子在进入测量机之前过滤掉。
由于压缩空气对测量机的正常工作起着非常重要的作用，所以对气路的维修和保养非常重要。其中有以下主要项目：
1）每天使用测量机前检查管道和过滤器，放出过滤器内及空压机或储气罐的水和油。 2）一般3个月要清洗随机过滤器和前置过滤器的滤芯。空气质量较差的周期要缩短。因为过滤器的滤芯在过滤油和水的同时本身也被油污染堵塞，时间稍长就会使测量机实际工作气压降低，影响测量机正常工作。一定要定期清洗过滤器滤芯。
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3）测量机的导轨是测量机的基准，只有保养好气浮块和导轨才能保证测量机的正常工作。测量机导轨的保养除了要经常用酒精和脱脂棉擦拭外，还要注意不要直接在导轨上放置零件和工具。尤其是花岗石导轨，因其质地比较脆，任何小的磕碰会造成碰伤，如果未及时发现，碎渣就会伤害气浮块和导轨。要养成良好的工作习惯，用布或胶皮垫在下面，保证导轨安全。工作结束后或上零件结束后要擦拭导轨。 2 环境温度的影响
三坐标测量机工作时对环境的温度和湿度有较高要求，环境的好坏决定了保养的频率。测量机是计量检测仪器，它的正常工作温度应该是20℃±2℃。测量机的长度基准-光栅是按照20℃修正的，测量机也是在这个温度情况下装配调试的，当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。
1）在测量机的机房内温度自下而上是逐渐升高的，在测量机软件中可以用线性修正和温度修正来针对现场检定时的环境情况修正温度影响。当我们在使用测量机时要尽量保持测量机房的环境温度与检定时一致。测量机房加强管理不要有多余人员停留。高精度的测量机使用环境的管理应该更严格。
2）空调的风向对测量机温度的影响。测量机房的空调应尽量选择变频空调。变频空调节能性能好，最主要的是控温能力强。在正常容量的情况下，控温可在±1℃范围内。空调器的安装应有规划，应让风吹到室内的主要位置，风向向上形成大循环（不能吹到测量机），尽量使室内温度均衡。如果条件许可，应安装风道将风送到房间顶部通过双层孔板送风，回风口在房间下部。这样使气流无规则的流动，可以使机房温度控制更加合理。
3）空调的开关时间对机房温度的影响。要保持测量机温度与空气温度一致，需要恒温24 小时以上，空调的即开即关使机房的温度始终在变化，测量机的温度也一直在变化中，此时机器处于一种不稳定的状态，精度会很差，在这种情况下应尽量提高机房的保温性能，测量机精度才能保持稳定。
4）机房结构对机房温度的影响。由于测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失。机房的空调选择要与房间相当，机房过大或过小都会对温度控制造成困难。 3 湿度的影响
湿度对测量机的影响也是非常大的，湿度控制不当将严重影响测量机寿命。 3.1 湿度过大严重影响测量机的寿命
在南方湿度较大的地区或北方的夏天或雨季，当正在制冷的空调突然被关闭后，空气中的水汽会很快凝结在温度相对比较低的测量机导轨和部件上，会使测量机的气浮块和某些部件严
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重锈蚀，影响测量机寿命。而计算机和控制系统的电路板会因湿度过大出现腐蚀或造成短路。如果湿度过小，会严重影响花岗石的吸水性，可能造成花岗石变形。灰尘和静电会对控制系统造成危害。所以，机房的湿度并不是无关紧要的，要将相对湿度尽量控制在60%±5%的范围内。
3.2 改变管理方式防止“假期综合症”
往往在放假之后有许多测量机出现故障。其中很重要的一个原因是放假前的打扫卫生。在打扫卫生的过程中所有的水份都蒸发进入机房的空气中，使空气湿度非常大，测量机将处在一个关闭空调的“大蒸笼”的环境中，机械部件会很快生锈，电气部件当中的灰尘吸潮后造成发霉、短路和接触不良。这就是“假期综合症”。空气湿度大、测量机房密封性不好是造成机房湿度大的主要原因。在湿度比较大地区机房的密封性要求好一些，必要时增加除湿机。 解决的办法就是改变管理方式，将“放假前打扫卫生”改为“上班时打扫卫生”，而且要打开空调和除湿机清除水份。要定期清洁计算机和控制系统中的灰尘，减少或避免因此而造成的故障隐患。
4 影响测量机精度的其它因素
除工作压力、环境温度和湿度造成测量精度误差以外，还有很多可能影响测量机精度的因素，操作人员要了解这些因素，避免影响零件测量的准确。 4.1 补偿文件
补偿文件是使用双频激光干涉仪检测测量机位置度、直线度和角度误差后生成的补偿文件。测量软件是根据它来进行误差补偿的。往往有些操作员在安装测量机软件时忘记安装补偿文件或将备份文件丢失而造成测量机精度差和重新校验机器精度。 4.2 测头校正
测头校正的目的是要校正出测杆（测尖）的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时产生的误差将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证正确和准确。要注意以下几点：保持标准球和测杆的清洁；保证测座、测头、测杆、标准球固定牢靠；输入正确的测杆长度和标准球直径；根据形状误差和校正出的宝石球直径及重复性判断校正的准确性（加长杆长度不同校正后的宝石球直径会不同）；要使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法检查校验精度。 4.3 被测零件的形状误差及基准的正确选择
因为测量机测量的原理是先采点，然后软件对所采点进行拟和计算误差。所以测量机测量时对零件的形状误差有一定的要求。当被测零件有明显的毛刺或沙眼时测量的重复性就明显变
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差，以至于操作员给不出准确的测量结果。在这种情况下一方面要求对被测零件的形状误差进行控制，另外也可以适当增大测杆宝石球的直径，但测量误差显然要大一些。
测量时要采取正确的测量方法以及正确的选择测量基准是测量的重要环节之一。如：测圆和测线时要选择投影平面或工作平面，建立零件坐标系时正确选择第一基准和第二基准，计算同轴度时如何选择基准轴线等等。这需要掌握测量机的测量原理和根据实际情况来采取正确的方法步骤。
5 三坐标测量机维护保养方法
三坐标测量机维护保养方法分每日维护、每月维护、每季度维护和每年维护。 5.1 每日维护 5.1.1 开机前维护
1）检查并放掉空压机、过滤器、储气罐、管道中的水。在阴雨天时，每四小时就要检查一次。
2）在打开空调的情况下，用擦拭纸和无水酒精擦拭测量机导轨（机器外罩和主、辅腿只能用水擦拭）。并清洁室内环境，并保持清洁。
3）检查测量机导轨区域内是否有障碍物，测座旋转时测头是否会碰撞台面或工件。 4）检查室内温、湿度是否在要求范围内（20℃±2℃，40％～65％）。
5）打开气源开关，检查输入的气源压力是否符合要求（≥0.55Mp），打开冷冻式除水器电源。
6）开机顺序：打开计算机启动完成后，打开控制系统电源，打开测座、测头控制器电源（如果有）。
7）保持好检测间的温度条件，与检测无关人员不得随意进出检测间。 8）检测零件时，应保证被测零件在检测间的恒温时间（4小时）。 5.1.2 关机前维护
1）将测座运动到安全位置，测头旋转到90，0角度。
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2）退出测量软件，关闭控制系统，关闭测座、测头控制器、计算机等电源。 3）关闭气源、冷冻式除水机开关。关闭UPS电源开关。 4）检查测量机是否已完全停气。 5.2 每月维护
1）测量典型零件，检查测量机精度是否有很大的变化，能否满足要求。在季节变化或环境条件变化时尤其需要检查。
2）检查过滤器是否清洁。检查供气管道是否清洁。 5.3 每季度维护 1）清洗过滤器滤心。
2）季节变更时，检查环境条件温、湿度变化情况。 3）检测典型零件，确定测量机精度变化情况。
4）检查探测系统即测头精度，适当准备测头备件（尤其是触发式测头）。 5.4 每年维护
1）每年对测量机进行精度校准。
2）检查压缩空气管道、储气罐的安全性等。
3）对测量机气浮块、传动带、电机等机械部分进行检查。 4）清洁光栅尺，检查读数头工作状态。
5）对控制系统进行清洁，检查内部电缆头是否松动。
参考文献：
[1]宫美望、杨勇，三坐标测量机工作台或导轨水平精确调整的三点法及其必要性分析[D].工业计量，2009年，第4期.
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[2]张作鹏、陈学奎，浅谈三坐标测量机及其应用[D].广西轻工业，2007年，第7期. [3]白月飞等，浅谈三坐标测量机的测量误差[D].广西轻工业，2009年，第7期. [4]唐整生、白靖括，浅析逆向工程[D].化学工程与装备，2008年，第11期.
作者简介：
牛文莉（1971-），陕西咸阳人，陕西理工学院机械工程学院实验教学中心实验师，研究方向：精密测量技术。
