精密坐标测量技术的发展及应用

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（1） 机械结构

为了提高测量机的精度与效率，在机械结构设计上，采用降低运动重心和减轻运动部件质量的方法，提高系统动态性能和运动速度；既满足了传统精度要求，又适应了生产节奏不断加快而提出的效率要求。

（2）测头系统

在测头方面，传统的产品包括Renishaw、Zeiss、Hexagon等公司研制的接触测头。在最新的测头技术中，采用了固态传感器技术，大大减少了测量误差，特别减少了在使用较长测杆时由于预行程变差所引起的误差。

（3）控制系统

在控制系统方面，传统的产品包括Pantec、UCC 等。为了提高与制造系统的兼容与匹配，必须要求测量机具有开放式的控制系统，具有更大的柔性和适用性。同时，多轴（四轴或四轴以上）联动控制有利于扫描测量的高精度实现。

（4）测量软件

在测量软件方面，传统的产品包括RationalDMIS、PC-DMIS、Quindos等。为了将检测装备纳入生产线，需要发展具有网络通信、建模、反向工程功能模块的软件；同时完善应用于不同类型工件的专用测量软件的开发和使用。

2 非接触坐标测量技术

光学扫描测头应用于三坐标测量机上已有20 余年，测量精度从开始时的数十微米左右发展到现在的数微米。光学坐标测量种类和方法很多，包括：点结构光扫描、线结构光扫描、平面影像测量及三维影像合成等。影像测量已广泛应用于坐标测量，在测量二维尺寸方面具有优势，但对三维复杂曲面测量能力有限。测量机上对叶片等三维复杂曲面测量主要依靠结构光测头，即投射光束到工件表面，形成被测点云要素。投射的光束包括线结构光和点结构光。点光测头投射光点到工件表面，对工件表面进行逐点扫描，相对线扫描方式效率较低，但测量精度可以达到10μm 左右，在测量精度上具有优势，对航空制造测量精度要求较高的场合更适用。目前，光学扫描坐标测量精度虽然比接触测量精度仍有差距，但相比过去数十微米的测量精度已经大幅提升，所以这里仍然称之为“精密”坐标测量技术。在2010 年，德国的WENZEL公司率先推出了首款航空发动机叶片多轴高速白光检测装备MAXOS/CORE，如图2（左）所示。其采用白光点扫描测头，采点速度可达4200点/min；其光点直径可小至9μm，能够测量到叶片表面非常微小的几何特征，最大限度地降低了叶片实测表面的失真度；并且有效规避了激光测头具有的散斑效应以及反射光信号强度等问题，适用于各种表面的叶片测量。以色列Nextec 公司近年推出的环形激光三角法测头，测量重复精度可以2μm，基于此测头的扫描测量机，空间测量精度达到12μm（2σ），在航空制造领域，尤其是叶片快速检测，取得了较好的应用。德国WENZEL 公司的五轴白光扫描测量机和以色列NEXTEC 公司的光学扫描测量机近年已经进入中国市场，如图2 所示。近年来，光学测头凭借其非接触、高精度等优点，已经广泛应用于工业制造领域，并逐步引起了国内一些科研院所的关注，国内对于光学测头的研究起步较晚，目前，有多家高校、研究机构正研制高精度光学扫描测头。

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