试析三坐标测量机测量结果的影响因素

试析三坐标测量机测量结果的影响因素

田盼 林奇 王巍

西北工业集团有限公司 陕西西安 710043

摘要：本文为了便于三向轴测量误差的分析研究，主要阐明了三角测量机的意义和测量原理，并以多种方式分析了三角测量机构测量误差，提高了分析的有效性。与此同时，还进行了三种类型的测量误差分析，主要涉及环境温度误差、光栅误差和装配误差，所有这些都可以有效地进行分析，以获得更好的结果。此外，本文还研究了如何弥补测量三个坐标时的误差。该研究过程中，主要侧重于两个领域:温度补偿方法和动态误差修正的第二方法。

关键词:机械误差;位置误差;测头系统误差;环境因素

引言

在实际的零件检测中使用的绝大多数三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，CMM)都是基于直角坐标系的测量机，它的机械误差主要指CMM各轴运动的直线度、角摆和垂直度误差;其次就是CMM测头系统本身的误差;然后就是测量机现场检测环境因素引起的测量误差。CMM校准时得出的是测量机的综合误差，即CMM空间和轴向方向的长度示值误差和重复性误差，并没有深入分析产生误差的各种原因。下面对这些误差来源进行分析。

1三坐标测量机的含义及测量原理

三角测量是当前发展背景下的一种新型精密测量装置，它比传统测量和三角测量机稳定得多，以避免测量误差并提高测量精度。同时，研究分析了三坐标机构的测量原理，明确了三坐标机构主要根据坐标测量原理进行物理测量。首先，在生活中发现了要测量的主体，提取了主体的几何元素，以确定几何元素内的具体测量坐标，并集中于确定的坐标。测量时应注意严格的测量，主要是几何图元的精确尺寸、形状尺寸等。到目前为止，三轴测量机已越来越多地应用于车间测量的各个领域，从而克服了传统测量方法的局限性，大大提高了测量精度。

2 三坐标测量机测量误差分析

2.1测头系统误差

测头系统一般包含测座、传感器、吸盘、测杆、测尖等，测座旋转误差对测头系统的影响较大，因此主要分析测座旋转误差带来的影响。前面提到的机械误差、位置误差都是在没有安装CMM测头的情况下检测出来的CMM的固有误差，它们直接影响测量机的综合误差。但是测头系统误差也是测量机综合误差的主要来源，如果CMM的测头系统精度有偏差，测量机的综合检测能力会受到很大影响。

2.2环境温度误差

环境温度引起的误差是测量三坐标测量机精度的主要原因。由于空间外的环境和温度是不变的，天气和季节也在变化，因此环境和温度造成的误差也比较大，如果不及时解决这种影响，世界外的环境和温度对测量有一定的影响。因此，在进行测量时应考虑到外部环境和温度的变化；在进行正式测量时，应考虑到外部环境和天气因素；选择外部环境或更粗糙的地方进行测量；选择适当的天气进行测量；并在进行正式测量之前对外部环境进行初步调查，如果地点

2.3机械误差

根据CMM的机械特征，测量机三轴沿着各自导轨上运行，导轨自身的平行度、平面度、垂直度都是保证测量机运行状态的最主要因素，在CMM安装前，必须对CMM的导轨和Z轴自身的直线度、平行度、垂直度进行严格控制和检测，只有保证导轨和Z轴自身的直线度、平行度、垂直度达到理想要求，才能进行运动部件的安装。虽然CMM在安装前对各轴导轨和Z轴的精度进行了严格控制，但实际上因为安装因素的影响，它们在组装成运动轴后，还是会存在直线度误差、摆动误差和其他误差，为了进一步消除运动部件的机械误差，需要进行各轴的误差补偿，保证测量机机械精度更加精确。一般将CMM的机械误差分为6个直线度误差、6个角摆误差、3个轴自转误差以及3个垂直度误差，这就是通常所说的机械误差(也称为几何精度误差)。

3三坐标测量机测量误差的补偿方法

3.1温度补偿法

为了有效地减少测量三坐标时产生的误差，本文列出了测量三坐标时的误差校正。首先阐述了测量误差补偿方法，该方法主要针对环境温度误差的原因进行调节和改进，以规避环境温度限制，避免因环境温度变化带来的不便。

3.2创建零件坐标系

打开测量计算机使其进入测量状态。选取厚度坐标系的三个图元以确定工件的方向和位置。创建粗糙坐标系有助于测量同一工件的质量。指定粗略坐标系后，需要进一步细化该坐标系。座标系统的原点会尽可能与建构基准点相符。如果没有直接标注，您可以透过移动和旋转至参考点来移动座标原点。厚度坐标系是通过以下方法创建的:通过平面1确定z轴的方向；通过直线1确定x轴的方向；以及直线1和直线2交点的坐标系原点。自动模式命令将插入到坐标系下，下一个程序将自动运行。它会根据最大包容准则撷取座标系统的三个元素。

3.3动态纠错功能

动态误差目录方法还减少了测量三种坐标测量装置时出现的误差。应用最广泛的动态误差补偿是迄今为止广泛应用的软件补偿，主要是因为它花费较少的资金用于应用程序，而且更少的复杂性和更容易应用。

3.4建立评价座标系统

定位坐标系主要用于简单地重复测量，并且需要根据更精确的元素评估坐标系，以确保评估结果的准确性并减少错误。根据圆锥轴寻找负z轴，设定XY轴的原点，并将平面设定为z轴的原点。1)锥度锥度锥度，单击符号并选择锥度进行评定。(2)圆锥视域直径，选取建构圆函数，选取与平面相交并读取相交圆直径的圆锥。3)锥形活塞直径，计算方式为行程直径和高度，d = 2 x H x Tan Alpha + D。

结束语

三坐标测量机由于测量准确度和测量效率较高，并且具有操作方便、可在线测量等优点，已经在现代工业中发挥不可替代的作用。在实际生产中，如何充分利用和开发三坐标测量机的测量功能，并且正确操作三坐标测量机，是充分发挥设备功能的关键。极坐标检测法的引入，不但提高了测量效率，还弥补了其他方法没有具体修正值而无法修正的缺陷，有助于降低废品率，并且显示直观，数据处理更加便捷和直接。目前，该方法已经广泛推广和使用，应用效果良好。随着测量技术的发展，将三坐标测量机与绘图软件相结合的仿真测量方法，正越来越多地应用于精密测量中，以便能够准确判断工件是否合格，对于节约加工成本，避免原材料浪费十分有益。

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