三坐标测量机故障的排除与预防

三坐标测量机作为几何量大型精密测量设备，以其高精度、gao效率、自动化、通用性的特点，正逐渐替代位置、尺寸、形状测量的传统设备，并快速地在制造业，尤其在汽车、航天航空行业被广泛应用并普及。与高度集成、结构复杂的测量功效相对应，三坐标测量机的故障类型同样多样且复杂，因此了解并掌握三坐标测量机一些典型故障的排查与修理，尤其是针对不同故障做好预防性维护工作，对降低其使用成本及延长使用寿命是至关重要的。

1、三坐标测量机工作原理

众所周知，任何形状都是由三维空间点组成的，所有的几何量测量都可以归结为是对三维空间点的测量，因此精确地进行空间点坐标的采集，是评定几何形状的基础。

三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine，CMM)的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间范围内，通过精密探测系统，记录下零件表面各测量点的空间坐标值，经过计算机软件处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，还可通过数学计算的方法，得出其形状、位置公差及其他几何量数据。

2、三坐标测量机故障分析及预防措施

以坐标采集与处理为基础的三坐标测量机精度极高，可达0.1μm级别，因此除了Z基本的机械结构的稳定，还必须同时保证运动部件的平稳、探测系统的灵敏、计数系统的极ng准。而三坐标测量机的多数故障，正是由于这几个方面发生异常。当设备出现故障时，多数品牌的三坐标测量机会有错误提示或可通过软件进行自查，因此维修人员可针对掌握的信息进行故障排查与修理。以下就三坐标测量机几类典型故障进行解析，并提出相应的预防性维护措施。

2.1光栅计数系统故障

三坐标测量机计数系统多采用光栅读数，由光栅尺与读数头2部分组成。光栅尺上有均匀排列的刻线作为长度基准，而读数头上有读数光栅以及光学器件，用于形成莫尔条纹及信号接收。光栅尺与读数头分别安装于三坐标机测量机的固定台体或运动部件上，以此采集单轴运动的位移进行计数。

2.1.1故障现象

三坐标测量机在使用过程中发生频繁掉电(伺服断开)，往往只在某一单轴发生，手动推移各轴无卡滞等异常现象，重启控制器后可恢复加电，但经过故障轴同一位置时故障复现。同时，三坐标测量机应用软件会提示相应的错误信息，或通过查询可得到相关提示。

2.1.2故障分析与排除

光栅计数类故障往往是由于计数信号弱引起的，因此首先检查光栅尺是否被污染。可用干净的绸布或脱脂棉从光栅尺的一端往另一边轻轻擦拭，发现有明显脏污可多次擦拭，尤其注意掉电时读数头所指对的光栅尺位置。确定光栅尺清洁后，须重启电控柜以保证错误消除。当三坐标测量机所处环境油污、粉尘较多，尤其在南方湿度大的季节，光栅尺极易吸附油雾、水汽、粉尘并结晶，由此引发的故障极为常见；其次检查读数头与光栅尺的距离与平行度。

2.1.3故障预防

光栅读数系统故障多与使用环境有关，油、水、粉尘、温湿度变化等，都是引起故障的主要因素，因此通过严格控制三坐标测量机的使用环境，可大幅降低故障风险。若无法改善现有环境，则须通过规范日常维护与保养来规避，如定期检查、清洁光栅尺；空调去湿以避免环境湿度过大；节假日长时间停机后，提前做好定温去湿准备等。

2.2Y轴精度故障

三坐标测量机3轴，是通过气浮轴承悬浮于各自的导轨，因此每个轴都需要多个导轨面用于定位，一个面作为基准面以保证各轴间的垂直度，而其对立面安装弹性气浮，以利于机械精度的调整。

在移动桥式三坐标测量机的3轴中，Y轴较为特殊，不仅质量Zda，而且分左右两“腿”同时运动。由传动皮带或丝杆连接电机带动的一侧称为“主腿”，另一侧则称为“副腿”或“从动腿”。Y轴机械结构及测量精度主要靠“主腿”保证，且Y轴光栅读数系统也安装于“主腿”一侧，因此往往有防尘罩保护。

2.2.1故障现象

Y轴测量精度故障主要有2种。一种是全程存在线性误差，此类故障可通过软件补偿的方法来修正解决；另一种是测量重复性良好，但复现性差，且存在超差的现象。这类故障的判定，可将量块分别放置于工作台面Y向的左右两侧，并尽可能靠近其两“腿”固定测量，对比测得的量块长度，普通三坐标测量机差值达到0.003mm以上，即可判定其存在Y轴精度故障。

2.2.2故障分析与排除

通过在三坐标测量机Y向左右两边的对比测量，判定Y轴精度存在问题，测量值本身超差，属于diyi种故障类型。出现这种故障现象时，发现靠近“主腿”测得的值与量块实际值更接近，而靠近“副腿”测得的值明显偏小，甚至超差，则可判定由“副腿”气浮轴承堵塞造成。通过以上分析，造成故障的主因是“副腿”气浮堵塞，因此通过对气浮的气孔与气槽进行疏通清洁，即可解除故障。

2.2.3故障预防

三坐标测量机大量采用气浮轴承以保证传动的平稳，理论上是永不磨损的，但实际使用中，各轴导轨与气浮摩擦痕迹并不罕见，甚至出现同时磨损气浮与导轨的情况，究其原因，还是与气源质量及日常维护相关。因此，通过以下措施可有效预防此故障：操作人员每日清洁台面，定期对各导轨进行清洁，尤其是无防尘保护的导轨；打开气源时检查过滤器使用状态，若无自动排放功能，须人工排放滤杯内的油、水；视使用情况定期更换滤芯；气源质量过差，过滤器积水严重时，则应在过滤器前加装冷干机。

2.3手动测量采“虚点”

采“虚点”是指三坐标测量机在手动测量过程，未探测到被测件即采集到坐标点，这种点如果是近零件采集，且未及时发现并清除，将造成测量结果的失真，评价结果不可信。

三坐标测量机的数据采集由探测传感器完成，即俗称的“测头”，而采点的方式及灵敏度与测头类型有关。应用Z广的接触式测头，分为触发测头与扫描测头，常见的如“Renishaw”公司的TP2、TP20、TP200系列触发测头，SP600、SP25、SP80系列扫描测头。普遍现象是，采“虚点”多出现于灵敏度极高的TP200测头。

2.3.1故障现象

手动测量过程中，未探测到零件有“进点”，多数情况可通过操纵盒发出的采点声音被发现，手动清除后仍可进行后续测量。然而，一旦出现了采“虚点”现象，其发生频次会不断增加，且多出现于同一轴。

2.3.2故障分析与排除

此类故障之所以多出现于采用TP200测头的三坐标测量机，与TP200极高的探测灵敏度有关。TP200侧面自带有感应灯，三坐标测量机在移动过程，此灯有不同程度的闪烁，尤其在加速度大的运动起始阶段尤为明显，即使在静止状态，用外力振动三坐标测量机台面，也会出现测头灯闪烁。由此可见，三坐标测量机自身的运动平稳性与周边环境的振动，都可能引起TP200测头采“虚点”，因此需要从这两方面进行分析。

三坐标测量机多采用直流伺服电动机，内部电刷为石墨材质，称为碳刷，长期使用后会磨损，进而导致设备运行不平稳。此时，取出电刷检查磨损情况，取小条绸布缠于长竹签，沾少许酒精后对电动机内与电刷接触的换向环进行清洁，通过手动推移清洁整个环面，将磨损的碳粉清洁干净，恢复电动机运行状态，采“虚点”现象解决。

2.3.3故障预防

TP200测头采“虚点”有其自身灵敏度高的原因，更主要是与设备使用环境与状态有关，尤其是气压与传动，保证良好的气源气压与平顺的传动，按规范做好气压的日常点检，定期对各传动部件的使用状态进行检查，定期清洁保养电动机电刷，可有效预防此类故障的发生。

3、结束语

通过以上典型案例的分析可知:三坐标测量机等大型精密测量设备，结构相对复杂，因此排故过程需要从多方面综合考虑，逐一排查。使用人员的日常维护及修理人员的定期保养，对设备故障预防至关重要，多数故障可以通过维护保养避免规范的设备管理与设备使用同样重要，而设备维修需要由传统的“故障后修理”向“故障前维护”转变。