三次元量床上的隨基材伸縮光學尺
在選擇光學尺時，光學尺的熱膨脹特性是一個重點考慮因素。Renishaw光學尺實際上可分為兩種類型：一種不受基材的熱脹冷縮所影響（自由伸縮型），另一種則隨基材的熱脹冷縮而變化（隨基材伸縮型）。
自由伸縮光學尺的伸縮情況取決於光學尺材料本身的熱膨脹特性，而隨基材伸縮光學尺的伸縮速率與底層基材一致。Renishaw提供的光學尺安裝技術具有諸多優勢，可針對不同測量應用酌情選擇：本文介紹的是一個首選隨基材伸縮光學尺的應用案例。
三次元量床 (CMM)
在品質控制流程中，三次元量床用於採集高精密機加工零件 — 例如發動機缸體和噴氣式發動機葉片 — 的三維測量資料。三次元量床有四種基本類型：橋式、懸臂式、龍門式和水準臂式。橋式三次元量床為最常見的類型。
在橋式三次元量床的設計中，Z軸軸套安裝在沿橋架移動的滑架上（沿X軸運動，請參閱圖1）。在Y軸方向上沿兩條導軌驅動橋架。馬達通常只驅動一側橋肩，對側橋肩一般無驅動裝置；橋架結構通常由空氣靜壓軸承引導/支撐。滑架（X軸）和軸套（Z軸）可由皮帶馬達、螺杆馬達或線性馬達驅動。
三次元量床在設計上應最大限度減少非重複誤差，因為在控制器上難以補償這些誤差。高性能三次元量床包含高熱品質花崗岩工作臺和高剛性龍門/橋架結構，以及連接觸髮式測頭的低慣性軸套，可測量工件上的離散點。這些測量資料隨後可用於驗證工件規格是否符合預定義的公差要求。高精度直線光柵將分別安裝在座標測量機的X、Y和Z軸上，對於某些龍門類型的機器，X、Y和Z軸可能長達數米。
1 = 橋架
2 = 軸套
3 = 觸發式測頭
4 = 花崗岩工作臺
案例
一台花崗岩橋式三次元量床在平均溫度為20±2°C的空調房間內運行。室溫在規定範圍內每小時升降三次，以便高熱品質花崗岩始終保持20°C的恒定平均溫度。
自由伸縮線性光學尺安裝在每個軸上，即X、Y和Z軸。不銹鋼光學尺的伸縮很大程度上不受花崗岩基材的影響，因其具有高導熱性和低熱品質，故可對氣溫變化快速做出回應 — 不銹鋼光學尺的熱品質明顯低於花崗岩工作台。這會導致光學尺在3m長的軸上最多伸縮約60µm。這種膨脹會導致明顯的測量誤差，由於此誤差會隨時間迅速變化，因此很難進行補償，如圖2所示。在此情況下，隨基材伸縮光學尺將成為首選：隨基材伸縮光學尺僅會以花崗岩基材的熱膨脹係數 (CTE) 進行伸縮，因此即使氣溫發生微小波動，光學尺的變化也甚微。但溫度的長期變化仍需考慮，因為這將影響高熱品質基體的平均溫度。由於此時控制器只需補償機器的熱膨脹特性，而無需同時考慮光光學尺的熱膨脹特性，因此溫度補償將變得非常簡單。
總結
對於具有低CTE/高熱品質基材的精密三次元量床，以及其他需要高精度測量性能的應用，配有隨基材伸縮光學尺的光學尺將是理想之選。隨基材伸縮光學尺的優點包括：簡化熱補償機制，減少因局部機器環境中的溫度變化而導致的潛在非重複測量誤差。
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