三坐標測量機精度影響因素分析及解決措施

摘 要：三坐標測量機廣泛應用于生產制造和檢測計量中，其精度要求越來越高。文中系統地對三坐標測量機精度影響因素分析及解決措施，具有一定的實際意義。

關鍵詞：三坐標測量機；精度；影響因素；解決措施

1 概述

隨著微型化技術和精密加工技術的發展，對三坐標機的測量精度要求越來越高。傳統的誤差綜合分析法已經不能滿足要求，因此需將誤差分解，逐一檢測并修正，達到高精度的要求。隨著工業生產和科學技術的發展，對三坐標測量機的精度要求也愈來愈高。研究誤差的類型及其對測量數據的影響，掌握誤差傳遞與合成、轉化和相互作用的規律，并對其進行修正具有重要意義。三坐標測量機產生測量誤差的原因很多，影響測量精度的差別較大，不易進行比較和評定。

2 三坐標機精度影響因素

三坐標機包含有測量機主機、觸測系統、機械氣路系統、電氣控制柜、計算機及軟件系統，由于測量系統組成復雜，精度影響因素眾多，既有坐標機自身組成系統的原因，又有環境條件因素，還有計量校準過程中的操作環節把握等原因，需要逐一進行分析。

2.1 三坐標機自身系統因素

（1）氣路及導軌系統

三坐標機采用空氣軸承導向，高壓氣體通過氣眼進入工作面和導軌面之間，形成均勻的氣隙，正常工作時氣隙 6～10μm，氣壓浮動導致氣浮塊間隙變化，影響測量機的重復性。氣壓不足時，會使導軌不能完全浮起造成與導軌摩擦，輕者影響精度，重者磨損導軌和氣浮塊、損壞測量機。因此，壓力正常時，必須保證壓縮空氣的潔凈度及導軌的平面度，以確保空氣軸承正常工作。具體解決措施主要包括，經常采用酒精紗布或酒精脫脂棉擦拭導軌，定期放干氣路系統中的水和油，定期檢查并更換濾芯，定期檢查氣管。

（2）計數系統

計數系統由光柵尺、讀數頭、信號轉換電路等組成，讀數頭和光柵尺間的間隙是可變的，但在出廠前都經過調整并固定穩當，使輸出信號符合控制系統要求。當發生厲害的撞擊后，光柵尺和讀數頭之間的距離可能發生變化，引起輸出信號不穩定或者無法識別及精度超差。所以，避免撞擊、杜絕嚴重撞擊事件是維護計數系統極為有效的途徑。

（3）電氣控制系統

電氣系統由控制柜及內部各控制單元板、操縱盒、互聯電纜及各電機、光柵讀數頭、溫度傳感器等部件組成。測量機主要由控制柜中的各種控制單元板及外圍設備實現對測量機的精確控制。控制系統的互聯電纜很多，電纜接頭部分的松緊程度直接影響著各類光電信號的傳輸及轉換。要特別注意電纜接頭部分，定期檢查接頭松緊是否適度，不要因為發生松動影響測量機使用。定期檢查電纜是否有破損。嚴禁隨意拆裝控制系統部件，不允許隨意更改測座控制器的跳線設置。

（4）觸測系統

觸測系統由測座、測頭、測針和連接件組成。一般使用測座的坐標機，用控制器與之配合完成對測座信號的控制，用 接觸式測頭完成測量數據的觸發信號。坐標測量機可以與不同公司的多種測座、測頭配合使用，不同的測座需要搭配不同的測座控制器完成對測座的控制，不同的測頭的精度、安裝接線方式也各不相同。觸測系統的不同組合方式、潔凈度直接影響到測量的精確性。應正確選擇測座測頭測針組合、正確安裝測頭測針、經常性保持測頭及測座吸盤的清潔。

2.2 環境條件影響

除了測量機本身因故障造成測量機精度誤差外，其環境溫濕度也直接影響到測量機精度，造成測量誤差。

（1）溫度因素

三坐標測量機的長度基準光柵是按照20℃修正及裝配調試的，當溫度偏離太大時會對測量機精度造成很大的影響。在測量機的機房內溫度自下而上是逐漸升高的，每個軸的光柵溫度和零件溫度的差別就影響了測量機測量的精度。作為高精度計量檢測儀器，正常工作溫度20±2℃。

使用測量機時要盡量保持測量機機房的環境溫度與檢定時一致，并保持在 20±2℃。電氣設備、計算機、人員都是熱源。在設備安裝時要做好規劃，使電氣設備、計算機等與測量機有一定距離；測量機機房加強管理，不要有多余的人員停留。

（2）濕度因素

濕度對測量機的影響較大，濕度控制不當將嚴重影響測量機壽命。在南方濕度較大的地區或北方的夏季或雨季，當正在制冷的空調被關閉后，空氣中的水汽會很快凝結在溫度相對較低的測量機導軌和部件上，會使測量機的氣浮塊和某些部件嚴重銹蝕，影響測量機的壽命。計算機和電氣控制系統的電路板也會因濕度過大出現腐蝕和造成短路。應隨時監控工藝間環境濕度，并使其貯存濕度控制在 30%～70%，使用濕度控制在65%±5%。

由于坐標機工藝間通風條件有限，濕度常年過大，未開空調狀況下，濕度在 75%～85%，2011年，在進行年度例行坐標機計量校準時，由于電氣控制柜中 LOG-02板故障導致坐標機運行速度突然加快，后經廠家技術人員確認原因為環境濕度過大，引發電路板擊穿，導致故障。后與后勤保障單位協調，改為每天開啟空調進行溫濕度保障。

3 結語

三坐標測量機的精度維護是一項長期工作，需要使用單位與廠家長期努力、共同探索研究其科學規律，找準其精度影響因素，完善適合于各類使用環境下的精度維護方法，嚴把關鍵環節，盡早掌握其特點規律，真正實現其使用功能的最大及最優。應該著重從以下3點把握。

（1）在坐標機的日常維護保養方面，應該優化環境保障的條件，嚴格遵循使用說明書，定期通電、排放氣路系統廢水廢油、更換濾芯及真空泵油。

（2）在坐標機的日常使用過程中，嚴格控制環境溫濕度條件，減小坐標機光柵尺受溫度波動導致的線膨系數影響，降低控制柜等電路受濕度影響電路故障的概率。

（3）在坐標機計量校準方面，需要嚴把測前溫濕度平衡、采點、安裝、精度補償等關鍵環節，嚴格遵循《坐標測量機校準規范》，使測量結果更為精確、可信。

參考文獻：

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[3] 金飛翔，陳曉懷，楊洪濤，等.懸臂梁式三坐標測量機的誤差分析與修正[J].工具技術，2007.

[4] 徐志彥.三坐標測量機空間誤差的高精度測量與分離技術研究[D].西安理工大學，2006.

作者簡介：

冀紅，性別：女，出生年月：1968年11月20日，職稱：工程師，工作單位：沈陽計量測試院，研究方向：測繪儀器、光學儀器、驗光設備。