三坐標測量機自轉精度檢測方法探究

劉紅剛

（陜西西安市西安飛機工業公司，陜西 西安 710089）

三坐標測量機的綜合精度直接影響了零件檢測的準確性。三坐標測量機的綜合誤差一般由21項誤差組成，包括測量機的各軸直線度、垂直度、角擺、自轉、示值誤差等。其中，任何一項誤差超標都會造成測量機綜合精度失準，因此，在大修改造時，需要對三坐標測量機21項誤差中的每項進行檢測并修正到要求的精度指標范圍內。其中，自轉誤差是一個非常重要且容易被大家忽視的檢測項目。筆者針對測量機各軸自轉誤差的檢測提出了自己的一點建議和方法。

1 自轉誤差來源

三坐標測量機自轉誤差是引起測量機綜合誤差的重要一項。三坐標測量機的每個運動軸在向前運動過程中軸本身繞自身軸線也有微小的旋轉，這種旋轉引起的誤差看似難以理解，但的確會對測量機最終的綜合精度造成一定的影響，為了消除這種繞自身旋轉而引起的自轉誤差，就需要對三坐標測量機的自轉誤差進行檢測并修正。由于每個軸都是依靠氣浮導軌來運動的，而氣浮導軌本身就有一定的直線度誤差，這種直線度誤差導致軸在運動時會有一定的繞自身旋轉的誤差產生，因此產生了自轉誤差。這種自轉誤差的檢測修正一般在三坐標測量機首次安裝或經過大修改造時需要進行，自轉誤差屬于靜態精度誤差修正的一項，而且是修正測量機綜合誤差的重要影響因素。如果安裝或大修后沒有對自轉誤差進行準確的檢測并修正，則后期綜合精度超差將是一個非常棘手的問題，整個三坐標測量機的精度調試有可能推倒重來，因此，我們必須在精度調試的開始階段就做好測量機自轉的精度檢測修正。測量機每個軸都有自轉誤差，因為它比較抽象，不像示值精度那樣直觀，因此檢測難度比較大，對檢測標準設備的要求較高。

2 自轉誤差的激光檢測方法

自轉誤差的激光檢測方法可以借助激光干涉儀直線度組合鏡頭進行，它的檢測和直線度檢測的方法有一定的聯系，因為直線度本身也是檢測軸運動過程中在某一個方向上的偏移量，如果以不同的偏置長度檢測兩次直線度，分析直線度檢測結果的不同，就可以得出此軸自轉引起的誤差大小。每個軸的自轉校準方法不同，以下分軸來描述。

2.1 X軸自轉精度的激光檢測方法

三坐標測量機X軸自轉的檢測方法為：進行X軸直線度檢測，干涉鏡安裝在Z軸下端，做完X軸的直線度Dxz之后，激光頭和激光反射鏡不動，只需要將檢測直線度的激光干涉鏡換裝在一個較長的桿上（桿長大約300 mm即可），桿伸向測量機的Y+方向，即正面前端，其他不變，重新對好激光光路，在此位置再進行一次直線度檢測，記錄2次直線度的檢測數據。

做X軸自轉的關鍵是保持激光頭和激光反射鏡不動，只加長激光干涉鏡到Z軸軸心之間的距離，通過這樣與Z軸中心的距離差來分析出X軸運動的自轉補償數據，直線度的反射鏡需要安裝在沿Z軸方向（豎直方向），做的是X軸在Z方向的直線度。通過進行2次不同長度的X對Z的直線度，分析得出X軸的自轉精度誤差修正值，將此數據輸入三坐標測量機的補償表中，完成X軸自轉的精度修正。

2.2 Y軸自轉精度的激光檢測方法

三坐標測量機Y軸自轉和X軸自轉的檢測方法有所不同，按要求是先檢測測量機長軸Y軸主腿一側對的直線度Dyz，做完后，測量機Z軸直接移動到副腿一側，激光頭同樣移動到副腿一側再做一次副腿一側的直線度，記錄兩次的直線度檢測數據，這樣就完成了Y軸的自轉檢測，兩次直線度的檢測數據進行分析作為Y軸自轉的精度補償數據填寫到補償表中進行精度補償。需要注意的是必須做Y軸在Z方向上的直線度Dyz，直線度的反射鏡應該豎直放置。

2.3 Z軸自轉精度的激光檢測

測量機Z軸自轉同樣是進行2次Z軸運動在X方向上的直線度。激光頭、反射鏡、直角轉換鏡按直線度的檢測要求進行安裝，第一次的檢測位置在距離Z軸中心線150 mm處進行，用一個長150 mm的桿安裝的Z軸下端伸向機床的Y+方向，在桿上安裝干涉鏡，進行完第一次的Z相對于X軸的直線度Dzx后，直接將150 mm的桿換成300 mm；再進行一次Z方向上的直線度Dzx，兩次的方法完全相同，只是干涉鏡的安裝位置有區別，干涉鏡安裝在長300 mm的桿上，檢測軸線距離Z軸中心的位置有了變化，干涉鏡安裝的位置離Z軸的中心位置有一個長度偏置量，兩次直線度檢測結果的數據經過分析作為Z軸自轉的修正數據，就完成了Z軸方向的自轉檢測。注意在進行Z軸自轉時，反射鏡的方向是沿橫梁方向放置，即需要做兩次直線度來分析。

在不具備激光干涉儀檢測條件的情況下，我們還可以使用普通的電子水平儀檢測自轉誤差，作為我們判斷測量機綜合誤差來源的一個簡易方法。在測量機Z軸下端安裝一個平板，電子水平儀放置在Z軸下端的平板上，電子水平儀置0，測量機所檢測軸以一定的跨距運行（通常100 mm的跨距），記錄下該軸每個跨距停留位置處電子水平儀的讀數，運行完一個單向行程后，測量機回到起始點，電子水平儀旋轉180°重新按指定的跨距運行一個單向，記錄每個跨距停留處的電子水平儀的數值，兩次檢測的數值經過分析作為測量機自轉檢測的補償數據。用電子水平儀檢測自轉誤差，同樣需要判斷誤差補償方向，以免補償錯誤使誤差更大。

3 結論

我們通過此方法的實際檢測，能很好地檢測出自轉誤差的大小，從而確定綜合誤差的來源，更好地對測量機的綜合誤差進行修正。三坐標測量機自轉誤差的檢測非常重要，它是判斷綜合誤差來源的重要依據。只有正確進行了自轉誤差補償，可以最大限度地減小綜合誤差。自轉誤差檢測時特別要注意各個軸的相對關系，以免得出錯誤的數據，作為誤差補償數據時，要注意判斷方向，準確給出補償的正負值，不能補償到相反的方向，反而使得誤差更大，影響測量機的綜合誤差。

以上是三坐標測量機自轉誤差檢測方面的一點建議，希望能對大家有所幫助，不足之處請批評指正。

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