坐標測量機 (CMM) 是一種靈活的測量設備，在製造環境中發揮多種作用，包括用於傳統的品質實驗室，以及近年來在更嚴苛的生產車間環境中直接支援生產。 CMM 編碼器標尺的熱性能是其在各種應用場景中需要考慮的重要因素。
在雷尼紹最近發表的一篇文章中，討論了浮動式和母模式編碼器刻度安裝技術。
編碼器標尺的熱穩定性可分為兩種：一種是與安裝基板無關的浮動式標尺，另一種是與基板熱穩定性相關的固定式標尺。浮動式標尺的膨脹和收縮取決於標尺材料的熱特性，而固定式標尺的膨脹和收縮速率則與下方基板的膨脹和收縮速率相同。不同的標尺安裝技術可為各種測量應用帶來許多優勢：雷尼紹的文章就探討了固定式標尺在實驗室設備中可能更優的應用場景。
三坐標測量機 (CMM) 用於採集高精度加工零件（例如發動機缸體和噴氣發動機葉片）的三維測量數據，作為品質控制流程的一部分。三坐標測量機主要有四種基本類型：橋式、懸臂式、龍門式和水平臂式。橋式三坐標測量機最常見。在橋式三坐標測量機中，Z 軸主軸安裝在沿著橋架移動的滑架上。橋架沿著 Y 軸方向的兩個導軌驅動。馬達驅動橋架的一個肩部，而另一個肩部通常不會驅動：橋架結構通常由氣浮軸承引導/支撐。滑架（X 軸）和主軸（Z 軸）可以由皮帶馬達、絲槓馬達或直線馬達驅動。三坐標測量機的設計旨在最大限度地減少不可重複誤差，因為這些誤差難以在控制器中進行補償。
高性能三坐標測量機由高熱容花崗岩工作台和剛性龍門/橋式結構組成，低慣性主軸上安裝有感測器，用於測量工件特徵。產生的數據用於確保零件符合預定的公差。高精度線性編碼器安裝在獨立的 X、Y 和 Z 軸上，在大型機器上，編碼器長度可達數公尺。
一台典型的花崗岩橋式三坐標測量機 (CMM) 在平均溫度為 20 ± 2 °C 的空調室內運行，室內溫度每小時循環三次，高熱容的花崗岩能夠保持 20 °C 的恆定平均溫度。安裝在 CMM 每個軸上的浮動線性不銹鋼編碼器由於其高導熱性和低熱容（遠低於花崗岩工作台的熱容），在很大程度上獨立於花崗岩基板，並能快速響應空氣溫度的變化。這將導致在典型的 3 公尺軸上，標尺的最大膨脹或收縮約為 60 µm。這種膨脹會產生較大的測量誤差，由於其隨時間變化的特性，難以進行補償。
在這種情況下，使用基板母版秤是更好選擇：母版秤只會隨著花崗岩基板的熱膨脹係數 (CTE) 而膨脹，因此對空氣溫度的微小波動反應很小。但仍需考慮長期溫度變化，這些變化會影響高熱容基板的平均溫度。溫度補償很簡單，因為控制器只需補償機器的熱行為，無需考慮編碼器秤的熱行為。
總之，對於採用低熱膨脹係數/高熱容基板的精密三座標測量機以及其他需要高計量性能的應用而言，具有基板預製標尺的編碼器系統是一種絕佳的解決方案。預製標尺的優點包括簡化熱補償方案，以及降低局部機器環境溫度變化等因素所導致的非重複性測量誤差。
發佈時間：2021年12月25日