如何降低三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量誤差

戎悅

摘要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種精密測(cè)量的儀器，由數(shù)字化控制進(jìn)行。它在機(jī)械制造，精密加工，以及電子產(chǎn)業(yè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的測(cè)量工作中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)會(huì)因測(cè)頭，測(cè)球直徑，以及測(cè)針長(zhǎng)度等因素，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)一些誤差。本文闡述了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理，對(duì)如何降低三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量誤差進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；原理；誤差；措施

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種精密測(cè)量的儀器，由數(shù)字化控制進(jìn)行。它在機(jī)械制造，精密加工，以及電子產(chǎn)業(yè)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的測(cè)量工作中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)會(huì)因測(cè)頭，測(cè)球直徑，以及測(cè)針長(zhǎng)度等因素，導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)一些誤差。因此，如何降低三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量誤差，是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)運(yùn)用中一個(gè)重要的問(wèn)題。

一、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其采點(diǎn)發(fā)訊裝置是測(cè)頭。分別在x、y、z三個(gè)軸的方向，裝有光柵尺和讀數(shù)頭。測(cè)量過(guò)程如下：首先將被測(cè)零件，放入測(cè)量空間，建立一個(gè)空間坐標(biāo)系。當(dāng)測(cè)頭接觸工件，發(fā)出采點(diǎn)信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)采集當(dāng)前坐標(biāo)相對(duì)于測(cè)量?jī)x即絕對(duì)原點(diǎn)坐標(biāo)的坐標(biāo)值，得到的坐標(biāo)數(shù)值，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，形成測(cè)量元素，如球、圓錐、圓柱、曲面等，進(jìn)而經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算的方法，得出其形狀、位置公差，以及其它幾何量的數(shù)據(jù)。

測(cè)頭部分，是測(cè)量機(jī)的重要部件，主要用來(lái)觸測(cè)工件表面。根據(jù)功能的不同，測(cè)頭有觸發(fā)式、掃描式、非接觸式等。觸發(fā)式測(cè)頭，使用最為廣泛。當(dāng)測(cè)頭的機(jī)械裝置移位時(shí)，將產(chǎn)生信號(hào)觸發(fā)，并采集一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。最常見(jiàn)的測(cè)球的材料，是紅寶石。天然的紅寶石，由于價(jià)格比較昂貴，所以，大多數(shù)測(cè)桿頂端的測(cè)球，都采用的人造紅寶石球，其測(cè)針結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1 所示。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭校正時(shí)，最先校正的測(cè)針，作為坐標(biāo)的原點(diǎn)，其原理如圖3 所示。用測(cè)球?qū)?biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行測(cè)量，通常測(cè)量5個(gè)點(diǎn)。在球極上測(cè)1點(diǎn)，球赤道面上均勻測(cè)4 個(gè)點(diǎn)。

測(cè)頭校正是保證測(cè)量精度的基礎(chǔ)，如圖2（a）所示。測(cè)頭的體積再小，也存在一定數(shù)值的半徑，因此要對(duì)測(cè)頭的直徑，進(jìn)行校正處理，如圖2（b）所示。

三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x誤差檢測(cè)方法，可以分成兩大類(lèi)：一類(lèi)是用激光干涉儀等儀器，檢測(cè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的各個(gè)單項(xiàng)原始誤差；另一類(lèi)是用球列、球板等實(shí)物基準(zhǔn)，檢測(cè)檢測(cè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差，然后分解出原始誤差。在實(shí)際測(cè)量中，對(duì)數(shù)據(jù)的處理與評(píng)定，一定要慎重，避免出現(xiàn)誤判。

二、降低三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量誤差的措施

（1）確保測(cè)頭校正的準(zhǔn)確性。測(cè)頭校正的目的，是校正出測(cè)桿的紅寶石球的直徑，進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)測(cè)頭修正，并得出不同測(cè)頭位置的位置關(guān)系。在測(cè)頭校正時(shí)，產(chǎn)生的誤差，將全部加入到測(cè)量中去。因此，要保證頭校正的準(zhǔn)確。使用不同測(cè)頭位置時(shí)，在校正完所有測(cè)頭位置后，要通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球球心點(diǎn)坐標(biāo)的方法，來(lái)檢查校驗(yàn)精度。如果對(duì)測(cè)量精度的要求比較高，需要重新校正測(cè)頭，以確保數(shù)值精確。

（2）采取正確的測(cè)量方法。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的測(cè)針，越短越好。根據(jù)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，測(cè)針越短，測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確。對(duì)于比較精密的測(cè)量，一定要使用比較短的測(cè)針進(jìn)行測(cè)量。盡量的減少接頭與長(zhǎng)桿，也可以提高測(cè)量的精度。在使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，要盡量的做到側(cè)頭的直徑范圍盡量的大。因?yàn)槭褂萌鴺?biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，測(cè)頭是最重要的一個(gè)測(cè)量配件，會(huì)直接的對(duì)測(cè)量的結(jié)果造成影響。

（3）補(bǔ)償文件的正確性。補(bǔ)償文件，是使用雙頻激光干涉儀，檢測(cè)三次元測(cè)量機(jī)位置度、直線(xiàn)度和角度誤差后，生成的補(bǔ)償文件。測(cè)量軟件是根據(jù)補(bǔ)償文件，來(lái)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。在實(shí)際的測(cè)量中，在安裝測(cè)量機(jī)軟件時(shí)，有的工作人員不夠認(rèn)真，忘了安裝補(bǔ)償文件，或者遺失了備份文件，結(jié)果導(dǎo)致三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精度差，需要重新校驗(yàn)精度，增大了工作量。因此，操作員工作時(shí)要認(rèn)真細(xì)心，保管好備份文件，也要會(huì)安裝補(bǔ)償文件。

（4）減小三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量同軸度誤差。方法主要在于，首先，增大基準(zhǔn)截面之間的距離。在測(cè)量基準(zhǔn)元素時(shí)，如果增大第一截面與第二截面建的距離，則誤差干擾的比例，將相應(yīng)減小；其次，如果被測(cè)工件截面較短，可采用變通方法，測(cè)直線(xiàn)度，來(lái)替代同軸度。實(shí)現(xiàn)方法為：分別在兩個(gè)小圓柱上測(cè)量n 個(gè)截面圓，然后選取這n 個(gè)圓的圓心，擬合一條三維直線(xiàn)，該直線(xiàn)的直線(xiàn)度，可近似替代同軸度。工作截面越短，此變通方法的效果越好，可很方便地制作一個(gè)綜合量規(guī)，來(lái)對(duì)該方法的準(zhǔn)確性，進(jìn)行驗(yàn)證。

總之，對(duì)于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量誤差的問(wèn)題，要根據(jù)其工作原理，采取正確的測(cè)量方法，確保測(cè)頭校正的準(zhǔn)確性，減小三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量同軸度誤差。操作員工作時(shí)要認(rèn)真細(xì)心，保管好備份文件，會(huì)安裝補(bǔ)償文件，從而最大限度的降低三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量誤差。

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