介紹NIST最大的坐標測量機Xenos

2021-03-01 計量測控


圖示為這臺新式坐標測量機的正面廣角拍攝鏡頭，能夠看到探針(中心處的紅色部位)

當走進NIST放置最新坐標測量機(CMM)的實驗室時，你可能馬上就會感到困惑，不知道工程師是如何讓這個大傢伙進入房間的。

該裝置的型號稱為Xenos，體積約為3.3 × 3.3 × 3.4 m³，重約9,000 kg，佔據實驗室的近一半空間。由於頂部的空隙小於100 mm，它幾乎蹭到天花板。

這臺新設備是來幫助NIST的科學家測量「大G」的，這個萬有引力常數幾百年來從未得到過精確測量。不過，在這個測量「大G」的實驗完成後，研究人員希望將該設備引入他們不斷壯大的CMM艦隊，以期完成世界上最精確的尺寸測量。

像這樣的坐標測量機是使用觸摸式探針來測量物體三維上的點距，對於最準確的設備來說，靈敏度可以達到十億分之一米。依靠NIST進行這種測量的客戶包括超精密零件製造商(如飛機發動機的軸承)，其他級別測量設備測試標準樣件的製造商，以及用於高精度系統的零件或結構的製造商。還有一些客戶來自汽車和電子行業，以及為自己的客戶進行校準的實驗室。

隨著Xenos的加入，NIST尺寸計量組現在擁有四個超高精度等級的CMM。

這種最新的機器還具有擴展NIST測量能力的潛力，因為其工作容積(探針可訪問的面積)是NIST其他CMM系統工作容積(1.5×0.9 ×0.7 m³)的兩倍以上，幾乎相當於能並排放一臺洗衣機和一臺烘乾機。此外，它的探針可以在三個維度上移動，這與具有移動臺的CMM不同，因為這意味著像大G實驗所用的那些敏感部件在測量期間不太可能受到幹擾。*


NIST的Vincent Lee與這臺新的坐標測量機。

Lee說：「到目前為止，系統的性能測試是符合預期的，但是我們在設計和測試大G實驗之前還需要學習很多其他的東西。」

目前所面臨的挑戰是如何控制CMM的環境。室內的冷熱氣囊可能會影響機器甚至被測的部件。為了確保溫度均勻分布，實驗室使用一臺系統將空氣從天花板上直接推到通風的地磚。但是這臺新的CMM太大了，就像一個卡在澆水軟管中的鵝卵石一樣，它限制了這種氣流，阻礙了這種最佳的空氣循環方式。Lee正在探索多個解決方案來改善這個問題。

大G實驗於2017年春季開始，應該在兩年內完成。「之後，我們計劃開始將Xenos機器投入校準服務，」Lee說。

同時，他和PML的工作人員將繼續深入了解這臺設備，以便能夠發揮最大的潛力。

該團隊表示，他們還需要多年的時間來學習這個機器的特徵，仔細比較這臺CMM和其他長度測量機的區別，並認真進行實驗，以便能夠準確評估這臺新機器的性能。

* 大G實驗會用到扭力天平來測量由細金屬絲懸掛的一組砝碼的扭力。任何臺面的移動都會導致懸掛砝碼的擺動，因此必須使用具有固定臺面的CMM。

——編譯：李莉萍

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