三坐標(biāo)測量機(jī)作為幾何量大型精密測量設(shè)備，以其高精度、gao效率、自動(dòng)化、通用性的特點(diǎn)，正逐漸替代位置、尺寸、形狀測量的傳統(tǒng)設(shè)備，并快速地在制造業(yè)，尤其在汽車、航天航空行業(yè)被廣泛應(yīng)用并普及。與高度集成、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量功效相對(duì)應(yīng)，三坐標(biāo)測量機(jī)的故障類型同樣多樣且復(fù)雜，因此了解并掌握三坐標(biāo)測量機(jī)一些典型故障的排查與修理，尤其是針對(duì)不同故障做好預(yù)防性維護(hù)工作，對(duì)降低其使用成本及延長使用壽命是至關(guān)重要的。

1、三坐標(biāo)測量機(jī)工作原理

眾所周知，任何形狀都是由三維空間點(diǎn)組成的，所有的幾何量測量都可以歸結(jié)為是對(duì)三維空間點(diǎn)的測量，因此精確地進(jìn)行空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集，是評(píng)定幾何形狀的基礎(chǔ)。

三坐標(biāo)測量機(jī)(CoordinateMeasuringMachine，CMM)的基本原理是將被測零件放入它允許的測量空間范圍內(nèi)，通過精密探測系統(tǒng)，記錄下零件表面各測量點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等，還可通過數(shù)學(xué)計(jì)算的方法，得出其形狀、位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)。

2、三坐標(biāo)測量機(jī)故障分析及預(yù)防措施

以坐標(biāo)采集與處理為基礎(chǔ)的三坐標(biāo)測量機(jī)精度極高，可達(dá)0.1μm級(jí)別，因此除了Z基本的機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，還必須同時(shí)保證運(yùn)動(dòng)部件的平穩(wěn)、探測系統(tǒng)的靈敏、計(jì)數(shù)系統(tǒng)的極ng準(zhǔn)。而三坐標(biāo)測量機(jī)的多數(shù)故障，正是由于這幾個(gè)方面發(fā)生異常。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，多數(shù)品牌的三坐標(biāo)測量機(jī)會(huì)有錯(cuò)誤提示或可通過軟件進(jìn)行自查，因此維修人員可針對(duì)掌握的信息進(jìn)行故障排查與修理。以下就三坐標(biāo)測量機(jī)幾類典型故障進(jìn)行解析，并提出相應(yīng)的預(yù)防性維護(hù)措施。

2.1光柵計(jì)數(shù)系統(tǒng)故障

三坐標(biāo)測量機(jī)計(jì)數(shù)系統(tǒng)多采用光柵讀數(shù)，由光柵尺與讀數(shù)頭2部分組成。光柵尺上有均勻排列的刻線作為長度基準(zhǔn)，而讀數(shù)頭上有讀數(shù)光柵以及光學(xué)器件，用于形成莫爾條紋及信號(hào)接收。光柵尺與讀數(shù)頭分別安裝于三坐標(biāo)機(jī)測量機(jī)的固定臺(tái)體或運(yùn)動(dòng)部件上，以此采集單軸運(yùn)動(dòng)的位移進(jìn)行計(jì)數(shù)。

2.1.1故障現(xiàn)象

三坐標(biāo)測量機(jī)在使用過程中發(fā)生頻繁掉電(伺服斷開)，往往只在某一單軸發(fā)生，手動(dòng)推移各軸無卡滯等異?，F(xiàn)象，重啟控制器后可恢復(fù)加電，但經(jīng)過故障軸同一位置時(shí)故障復(fù)現(xiàn)。同時(shí)，三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)用軟件會(huì)提示相應(yīng)的錯(cuò)誤信息，或通過查詢可得到相關(guān)提示。

2.1.2故障分析與排除

光柵計(jì)數(shù)類故障往往是由于計(jì)數(shù)信號(hào)弱引起的，因此首先檢查光柵尺是否被污染?？捎酶蓛舻木I布或脫脂棉從光柵尺的一端往另一邊輕輕擦拭，發(fā)現(xiàn)有明顯臟污可多次擦拭，尤其注意掉電時(shí)讀數(shù)頭所指對(duì)的光柵尺位置。確定光柵尺清潔后，須重啟電控柜以保證錯(cuò)誤消除。當(dāng)三坐標(biāo)測量機(jī)所處環(huán)境油污、粉塵較多，尤其在南方濕度大的季節(jié)，光柵尺極易吸附油霧、水汽、粉塵并結(jié)晶，由此引發(fā)的故障極為常見；其次檢查讀數(shù)頭與光柵尺的距離與平行度。

2.1.3故障預(yù)防

光柵讀數(shù)系統(tǒng)故障多與使用環(huán)境有關(guān)，油、水、粉塵、溫濕度變化等，都是引起故障的主要因素，因此通過嚴(yán)格控制三坐標(biāo)測量機(jī)的使用環(huán)境，可大幅降低故障風(fēng)險(xiǎn)。若無法改善現(xiàn)有環(huán)境，則須通過規(guī)范日常維護(hù)與保養(yǎng)來規(guī)避，如定期檢查、清潔光柵尺；空調(diào)去濕以避免環(huán)境濕度過大；節(jié)假日長時(shí)間停機(jī)后，提前做好定溫去濕準(zhǔn)備等。

2.2Y軸精度故障

三坐標(biāo)測量機(jī)3軸，是通過氣浮軸承懸浮于各自的導(dǎo)軌，因此每個(gè)軸都需要多個(gè)導(dǎo)軌面用于定位，一個(gè)面作為基準(zhǔn)面以保證各軸間的垂直度，而其對(duì)立面安裝彈性氣浮，以利于機(jī)械精度的調(diào)整。

在移動(dòng)橋式三坐標(biāo)測量機(jī)的3軸中，Y軸較為特殊，不僅質(zhì)量Zda，而且分左右兩“腿”同時(shí)運(yùn)動(dòng)。由傳動(dòng)皮帶或絲桿連接電機(jī)帶動(dòng)的一側(cè)稱為“主腿”，另一側(cè)則稱為“副腿”或“從動(dòng)腿”。Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)及測量精度主要靠“主腿”保證，且Y軸光柵讀數(shù)系統(tǒng)也安裝于“主腿”一側(cè)，因此往往有防塵罩保護(hù)。

2.2.1故障現(xiàn)象

Y軸測量精度故障主要有2種。一種是全程存在線性誤差，此類故障可通過軟件補(bǔ)償?shù)姆椒▉硇拚鉀Q；另一種是測量重復(fù)性良好，但復(fù)現(xiàn)性差，且存在超差的現(xiàn)象。這類故障的判定，可將量塊分別放置于工作臺(tái)面Y向的左右兩側(cè)，并盡可能靠近其兩“腿”固定測量，對(duì)比測得的量塊長度，普通三坐標(biāo)測量機(jī)差值達(dá)到0.003mm以上，即可判定其存在Y軸精度故障。

2.2.2故障分析與排除

通過在三坐標(biāo)測量機(jī)Y向左右兩邊的對(duì)比測量，判定Y軸精度存在問題，測量值本身超差，屬于diyi種故障類型。出現(xiàn)這種故障現(xiàn)象時(shí)，發(fā)現(xiàn)靠近“主腿”測得的值與量塊實(shí)際值更接近，而靠近“副腿”測得的值明顯偏小，甚至超差，則可判定由“副腿”氣浮軸承堵塞造成。通過以上分析，造成故障的主因是“副腿”氣浮堵塞，因此通過對(duì)氣浮的氣孔與氣槽進(jìn)行疏通清潔，即可解除故障。

2.2.3故障預(yù)防

三坐標(biāo)測量機(jī)大量采用氣浮軸承以保證傳動(dòng)的平穩(wěn)，理論上是永不磨損的，但實(shí)際使用中，各軸導(dǎo)軌與氣浮摩擦痕跡并不罕見，甚至出現(xiàn)同時(shí)磨損氣浮與導(dǎo)軌的情況，究其原因，還是與氣源質(zhì)量及日常維護(hù)相關(guān)。因此，通過以下措施可有效預(yù)防此故障：操作人員每日清潔臺(tái)面，定期對(duì)各導(dǎo)軌進(jìn)行清潔，尤其是無防塵保護(hù)的導(dǎo)軌；打開氣源時(shí)檢查過濾器使用狀態(tài)，若無自動(dòng)排放功能，須人工排放濾杯內(nèi)的油、水；視使用情況定期更換濾芯；氣源質(zhì)量過差，過濾器積水嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)在過濾器前加裝冷干機(jī)。

2.3手動(dòng)測量采“虛點(diǎn)”

采“虛點(diǎn)”是指三坐標(biāo)測量機(jī)在手動(dòng)測量過程，未探測到被測件即采集到坐標(biāo)點(diǎn)，這種點(diǎn)如果是近零件采集，且未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清除，將造成測量結(jié)果的失真，評(píng)價(jià)結(jié)果不可信。

三坐標(biāo)測量機(jī)的數(shù)據(jù)采集由探測傳感器完成，即俗稱的“測頭”，而采點(diǎn)的方式及靈敏度與測頭類型有關(guān)。應(yīng)用Z廣的接觸式測頭，分為觸發(fā)測頭與掃描測頭，常見的如“Renishaw”公司的TP2、TP20、TP200系列觸發(fā)測頭，SP600、SP25、SP80系列掃描測頭。普遍現(xiàn)象是，采“虛點(diǎn)”多出現(xiàn)于靈敏度極高的TP200測頭。

2.3.1故障現(xiàn)象

手動(dòng)測量過程中，未探測到零件有“進(jìn)點(diǎn)”，多數(shù)情況可通過操縱盒發(fā)出的采點(diǎn)聲音被發(fā)現(xiàn)，手動(dòng)清除后仍可進(jìn)行后續(xù)測量。然而，一旦出現(xiàn)了采“虛點(diǎn)”現(xiàn)象，其發(fā)生頻次會(huì)不斷增加，且多出現(xiàn)于同一軸。

2.3.2故障分析與排除

此類故障之所以多出現(xiàn)于采用TP200測頭的三坐標(biāo)測量機(jī)，與TP200極高的探測靈敏度有關(guān)。TP200側(cè)面自帶有感應(yīng)燈，三坐標(biāo)測量機(jī)在移動(dòng)過程，此燈有不同程度的閃爍，尤其在加速度大的運(yùn)動(dòng)起始階段尤為明顯，即使在靜止?fàn)顟B(tài)，用外力振動(dòng)三坐標(biāo)測量機(jī)臺(tái)面，也會(huì)出現(xiàn)測頭燈閃爍。由此可見，三坐標(biāo)測量機(jī)自身的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與周邊環(huán)境的振動(dòng)，都可能引起TP200測頭采“虛點(diǎn)”，因此需要從這兩方面進(jìn)行分析。

三坐標(biāo)測量機(jī)多采用直流伺服電動(dòng)機(jī)，內(nèi)部電刷為石墨材質(zhì)，稱為碳刷，長期使用后會(huì)磨損，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不平穩(wěn)。此時(shí)，取出電刷檢查磨損情況，取小條綢布纏于長竹簽，沾少許酒精后對(duì)電動(dòng)機(jī)內(nèi)與電刷接觸的換向環(huán)進(jìn)行清潔，通過手動(dòng)推移清潔整個(gè)環(huán)面，將磨損的碳粉清潔干凈，恢復(fù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，采“虛點(diǎn)”現(xiàn)象解決。

2.3.3故障預(yù)防

TP200測頭采“虛點(diǎn)”有其自身靈敏度高的原因，更主要是與設(shè)備使用環(huán)境與狀態(tài)有關(guān)，尤其是氣壓與傳動(dòng)，保證良好的氣源氣壓與平順的傳動(dòng)，按規(guī)范做好氣壓的日常點(diǎn)檢，定期對(duì)各傳動(dòng)部件的使用狀態(tài)進(jìn)行檢查，定期清潔保養(yǎng)電動(dòng)機(jī)電刷，可有效預(yù)防此類故障的發(fā)生。

3、結(jié)束語

通過以上典型案例的分析可知:三坐標(biāo)測量機(jī)等大型精密測量設(shè)備，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因此排故過程需要從多方面綜合考慮，逐一排查。使用人員的日常維護(hù)及修理人員的定期保養(yǎng)，對(duì)設(shè)備故障預(yù)防至關(guān)重要，多數(shù)故障可以通過維護(hù)保養(yǎng)避免規(guī)范的設(shè)備管理與設(shè)備使用同樣重要，而設(shè)備維修需要由傳統(tǒng)的“故障后修理”向“故障前維護(hù)”轉(zhuǎn)變。