三坐標測量機測量誤差分析及補償方法

摘 要：三坐標測量機是一項通用性較高的測量設備，在機械、電子領域當中的應用十分廣泛，但在實際應用角度上，該測量設備卻始終存在測量誤差問題，為了應對該設備的誤差問題，本文對三坐標測量機測量誤差分析及補償方法進行分析，主要了解該設備誤差分類，再提出針對性的誤差分析及補償方法。

關鍵詞：三坐標測量機；準靜態誤差；動態誤差；補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.038

0 引言

作為高精度測量設備，三坐標測量機的誤差問題一直存在，使得測量結果出現了可靠性不足的問題，那么為了進一步提高該設備的應用價值，有相關學者針對三坐標測量機的各類誤差，提出了相對的補償方法，理論上可以消除各類誤差，得到準確的結果。

1 三坐標測量機常見誤差類型

在相關理論基礎上，三坐標測量機的誤差類型可以分為兩類，即靜態誤差、動態誤差，其中靜態誤差的特點在于其誤差值會始終保持在穩定水平，而動態誤差則會隨著存在時間的增長而增加，所以在誤差補償角度上，應當先對兩種誤差進行了解，再選擇相應的方法。下文將介紹三坐標測量機靜態誤差、動態誤差的產生原因以及事例表現。

（1）靜態誤差。三坐標測量機的靜態誤差產生原因一般在于：外部因素對設備結構造成了瞬時性影響，此類影響帶來的誤差因為影響轉瞬即逝，所以不容易發生變化，但這一表現不代表靜態誤差的影響力不大，因為在通常情況下靜態誤差的誤差值要大于動態誤差的初始值，乃至動態誤差經過一段時間發展后也無法超過靜態誤差值，所以應當對靜態誤差保持重視。在事例上，在三坐標測量機測量當中，其側頭測針存在磨損現象，此時就會形成靜態誤差[1]。

（2）動態誤差。三坐標測量機動態誤差的產生原因有很多，例如溫度、灰塵、人工等外在因素，此類誤差在大部分情況下都會隨著時間的延長而增加誤差值，但在特殊情況下會表現出不穩定的動態化表現。在事例上，在三坐標測量機測量當中，周邊的溫度、灰塵會隨著時間累積而增長，相應引起的測量誤差值也會隨之增長，這即為動態誤差的常規表現；在人工因素下，介于人工不穩定性的特征，其采點測量速度會不平衡，但具體表現卻無法預測，由此就形成了不穩定的動態誤差表現[2]。

此外，在靜態誤差與動態誤差的綜合角度上，靜態誤差本身雖然不會因為時間增長而發生變化，但在其他因素條件下，其會出現動態性表現，例如側頭測針磨損現象就會在長期應用當中愈發嚴重，這即為一種動態性表現，針對這一現象，在誤差補償中影響以當前靜態誤差值為基準來進行計算，以保障計算結果準確性。

2 三坐標測量機常見誤差補償方法

結合相關理論得知，三坐標測量機誤差補償方法主要有三種，即溫度補償法、軟件修正補償法、測量力誤差補償法，對此下文將進行相關分析。

2.1 溫度補償法

溫度是引起三坐標測量機誤差的重要因素，且在此因素條件下，靜態誤差與動態誤差可能同時存在，所以在測量當中采用溫度補償法是消除測量誤差的重要舉措。在相關理論當中，溫度補償法分為三個部分，即標溫下結構參數標定、溫度實時采集、誤差系數補償，下文將對三個步驟的具體內容進行分析。

（1）標溫下結構參數標定。在溫度引起的靜態誤差當中，需要先確認正常溫度條件下，設備最低誤差參數，即三坐標測量機未受溫度影響之前，其所有結構的參數數值，確認之后即可得到一個標準的對比參數集，主要用于之后的誤差值對比當中。

（2）溫度實時采集。在完成上述參數標定工作之后，需要對當前存在溫度誤差的三坐標測量機。依照標定參數集中的每個參數項進行實際測量、采集，以得到設備當前的參數集合。之后將參數標定結果與實際采集結果相互對比，即可得到當前三坐標測量機誤差與標準參數之間的差距，以供后續補償查閱、調整。

（3）誤差系數補償。根據上述溫度實時采集與標定參數的對比結果，可以采用溫度熱變形誤差公式來進行補償，在補償過程當中，要將對比得出的三坐標測量機實際誤差與參數誤差的比值代入公式當中，通過數值補償將設備參數調整到與標定參數一致的水平下即可。

此外，介于上述分析可見，溫度補償法的應用相對復雜，且需要進行多項對比，那么為了保障該方法應用順利，本文建議采用仿真軟件來模擬標定參數設備與誤差設備，以此得到兩個模型，借助模型的直觀性可以簡化其中計算過程。

2.2 軟件修正補償法

軟件修正補償法是一種針對三坐標測量機動態誤差來進行補償的方法，在實際應用當中十分常見。具體應用上，介于上述動態誤差的溫度、灰塵、人工分析結果可見，動態誤差可以被分為兩個類型，這兩個類型被稱為實時性動態誤差、非實時性動態誤差，那么針對實時性動態誤差，在軟件修正補償法當中，直接對現場誤差數據進行調整，使其與標準參數一致即可；針對非實時性誤差，則利用采集系統來獲得設備當前誤差系數，再結合標準系數進行矯正即可。

2.3 測量力誤差補償法

在三坐標測量機應用當中，如果其測量力存在異常容易導致側桿彎曲，相應引起誤差現象，此類誤差屬于非實時性動態誤差，那么針對此類誤差，除了上述提到的軟件修正補償法以外，還可以采用測量力誤差補償法來進行調整。具體應用當中，首先利用仿真軟件（或其他建模軟件）來建立三坐標測量機的側頭、側桿結構模型，其次將當前測量力輸入模型當中，查看側桿是否彎曲、彎曲程度，如果存在彎曲，則減弱模型中的測量力，直至側桿不彎曲，且滿足測量需求位置，最終將模型測量力參數輸入三坐標測量機當中即可起到應有效果。

3 結語

本文主要對三坐標測量機測量誤差分析及補償方法進行了分析，分析首先圍繞三坐標測量機常見誤差類型進行了介紹，此舉主要為了給之后補償方法分析提供基礎。其次圍繞誤差分析結果，介紹了三種誤差補償方法，對這些方法的應用原理進行了分析。

參考文獻：

[1]彭利榮，王東方，馬占龍等.三坐標檢測光學元件曲率半徑的誤差分析[J].電子測量與儀器學報，2014（11）：1235-1241.

[2]黨威武.三坐標測量機測量同軸度誤差分析[J].新技術新工藝，2015（02）：138-139.

作者簡介：許朝山（1990-），男，河北邢臺人，大專，研究方向：工業產品檢測。