坐標測量機測量長度標準件的誤差分析與控制方法

陳 媛

中航飛機股份有限公司 陜西 西安 710089

前言：在進行長度標準件的生產中，想要確保其尺寸精度達到相關標準的要求，需要對其進行周期檢定，其中存在的一致性問題會影響檢定結果的有效性。以往當出現一致性偏大的情況時，往往只能通過更換設備重新檢測的方式進行解決，不僅影響了工作效率，而且會導致成本的增加，甚至會對產品的正常生產造成影響。基于此，在利用坐標測量機對長度標準件進行測量的過程中，需要做好檢測流程控制，改進檢測方法，有提升周期檢定的一致性。

1 坐標測量機的工作原理

坐標測量機主要是將測量設備平臺作為參考平面，構建相應的機械坐標系，就被測工件表面被測點的坐標數據進行采集，并將采集到的數據信息投射到空間坐標系中，構建起完善的工件空間模型。坐標測量機的工作原理，是借助機械方法，建立起真實可見的坐標系，然后將測量點通過坐標進行表示，再結合相應的空間幾何關系，就能夠獲得所需的各種測量值，這也使得坐標測量機在測量領域有著相當廣泛的引用，基本上，從五金件的尺寸測量到整機整車的幾何量測量，都會用到坐標測量機。

2 坐標測量機測量長度標準件的誤差及控制方法

2.1 測量元素精度控制

坐標測量機在實際應用中，手動測量模式相比較CNC模式存在一定誤差，在就測量點進行測量的過程中，一般是通過坐標測量機光柵記錄的點坐標，測量寶石球中心坐標，需要測量的點坐標位于寶石球和工件的接觸點，兩者之間相差一個寶石球半徑，利用前者在經過計算后，能夠得到后者，這個過程被稱為測頭半徑修正，主要是通過坐標測量機中的軟件部分實現。測量機軟件想要對測頭半徑進行準確修正，必須明確被測點的法向方向，這也是非常必要的條件。在自動測量模式下，程序可以自動給出法向方向，如果是手動測量，則要求操作人員依照測量觸測方向或者后退方向，對法向方向進行判斷。基本上，所有測量軟件在對測量點進行測頭半徑修正時，都需要沿零件坐標系軸向方向進行，因為就目前而言，并不能對點的方向矢量進行明確。

想要對上述問題進行控制，一是應該從問題產生的根本原因出發，在測量環節做好管控工作，伴隨著操作熟練度的提升，問題就能夠得到避免；二是在進行手動測量的過程中，應該盡可能沿被測點法向方向進行觸測或者后退；三是在對復雜標準件進行測量時，應該建立起完善的零件坐標系，如果測量點無法沿坐標軸向進行測量，可以將其轉化為線或者平面的測量；四是手動測量后，可以利用軟件系統的自學習程序再次進行自動測量，以此來得到更加準確的結果。

2.2 位置公差精度控制

坐標測量機在進行長度標準件的測量時，平面與平面垂直度或者平行度的測量評價十分關鍵，如果測量方法選擇不當，會影響測量的重復性，導致測量結果無法將真實情況反映出來。

2.2.1 重復性和準確性

坐標測量機對于每個點的測量都存在一個精確度問題，也就是上面提到的重復性，其能夠在測量精度指標的探測誤差（P值）中反映出來。坐標測量機P值的影響因素有很多，能夠反映測量機本身的品質，而除去設備因素，零件表面存在的形狀誤差同樣會對測量點的重復性產生影響，這也使得重復性誤差具有客觀存在性，容易引發相應的問題：一是坐標測量機受標準件結構即形狀的影響，存在無法消除的重復性誤差；二是考慮重復性誤差的影存在，測量過程中，應該盡可能于被測元素最大區域內進行測量，以確保其能夠將標準件的實際情況真實反映出來。

2.2.2 平行度與垂直度

測量完成后，得到的相關元素一般是以矢量的方式存在于計算軟件中，例如，線元素是與測量方向相關，與被測線平行的矢量，為了方便計算，需要加上線的投影平面方向矢量，一點一矢量唯一表示改線，線本身只有方向沒有長度。面元素由平面的法向矢量與平面上的一點唯一表示，其大小和長寬沒有記錄。在對線的垂直度和平行度進行計算時，需要先計算兩條線的夾角，然后依照被測線的長度，計算平行度和垂直度誤差，平面對平面的垂直度和平行度可以采用同樣的方法計算。

2.2.3 影響因素

若測量的平面積較大，形狀誤差小，則測量得到的垂直度和平行度重復性誤差較小，而在實際測量中，被測零件的平面形狀類型多樣，以長方形居多，能夠測量的部分可能受到測頭與測桿的限制，導致測量范圍偏小。基于此，在運用坐標測量機對干部見進行測量的過程中，經常出現測量平面較窄的現象，而因為在測量范圍較大時，面的方向矢量不容易受到重復性的影響，因此長方形平面方向矢量在較窄的方向存在較大變化。在對平面垂直度或者平行度進行計算時，通常都會將長邊長度作為長度值輸入，這樣會導致誤差的放大，導致結算結果重復性差，無法對實際情況進行反映。

2.2.4 應對策略

針對上述問題，在借助坐標測量機進行長度標準件的測量時，一是應該依照公差做好標準件的歸類工作，將周期檢測固定到相應的設備上；二是在對各個元素進行檢測的過程中，需要嚴格執行幾何量元素測量參數的有關規定；三是技術人員需要對檢測程序進行整理和固化，保證檢測效果；四是必須嚴格執行幾何量校準、鑒定和相關實驗室標準中對于標準定溫時間的規定。

3 結語

總而言之，坐標測量機在測量長度標準件時的誤差是一個十分關鍵的問題，需要技術人員做好深入研究，采取有效的措施和方法，對標準件周期檢測誤差偏大的問題進行解決，提升周期檢測的有效性及合格率，保證良好的檢測效果。