三坐标测量机测量策略及影响CMM测量结果的因素

 　　制造业所用三坐标测量机设备的精度指标固然”重要“，但仪器的有效性、合适的测量范围及机型、仪器使用的方法(策略)、与过程和环境的相容性以及仪器的实用性方面同样重要。本文试图根据CMM的特点，依据有关标准规范和实践经验，在其使用策略的层面展开以下分析和探讨。

　　CMM测量过程中，操作者(过程的所有者)必须知道如何正确使用测量设备及如何分析和解释结果。

　　理想的测量系统在每次使用时，应当只产生”正确“的具有统计特性的测量结果，并体现测量任务的溯源性

　　1.测量结果总应该与一个标准相一致。具有零方差、零偏倚和对所测的任何产品错误分类为零概率的统计特性的测量系统，具备理想的统计特性，但现实中几乎是不存在的，因此实际应用中必须采用具有不太理想统计特性的测量系统。

　　如何使用CMM测量设备来高速、精确和可信地完成数据采集的任务是制造业需要关注的重要问题。

　　1、对三坐标测量机测量(检测)策略的考虑

　　1.1影响CMM测量结果的因素

　　(1)CMM的设备。根据国标GB/T16857.2-1997(等效国际标准ISO10360-2-1994)，将CMM的误差归纳为长度测量的示值误差E和探测误差R两类.E是指测得长度与长度实物标准器长度真值之差(单位m);R是指用CMM测量标准球半径的变化范围而确定的误差。它们是CMM自身存在的正值常量综合误差.CMM设备误差还应包括标准器量值的本身不确定误差。机器的动态误差还与探测方向、探测速度、触测距离和加速度值等相关。用触发测头时不同探测参数对坐标测量机的精度均发生影响，更进一步的内容读者可以从现有的相关文献中获取取】。

　　(2)测量的环境。指在测量过程中受到外界温度、湿度、气压、电磁场、震动、光照等因素的影响而产生的误差(3)测量人员及方法。测量人员及方法误差是指测量人员操作CMM不当造成的误差。如测量策略选择不当;标定不当、标尺使用不当或测杆变形、测针球径误差;测头镜头组合选择不当;测量顺序不当;工件表面标志点安放不当;工件被测表面预处理不当;后处理不当;测量环境选择不当等。

　　(4)被测工件本身。被测工件本身的表面粗糙度和形状精度对测量误差影响也不小，如果工件表面粗糙度太低，CMM测头在工件上取点不一样，必然会产生尺寸测量误差。如果工件形状(圆度、圆柱度等误差大，取工件上不同点，测工件相互位置误差，也会产生较大的形位误差。工件的安装精度同样也很重要，对刚性差的工件，要保证安装时装夹不变形。过重的工件负载也会带来力变形误差。

　　1.2 CMM探测策略

　　英国国家物理实验室(NPL)制定了测量过程中的六原则，其中第6条特别强调测量时要有“正确的过程：所有测量的过程应当经深思熟虑并与国家或国际标准相一致。”所“深思熟虑”也即在作高精度的测量时用户要有正确的探测策略。测量精度水平与机器及软件有关，测量策略与人有关，不合理就会导致检测质量及结果的可信度降低。较终影响到产品的质量，【4根据CMM测量的特点，其通用的测量策略要考虑的因素包括：在工件上选取被测的特征;在坐标系统内定义工件基准;选择工件方向;选择工件固定方法;标定测头;定出探测策略;坐标测量机编程;记录评价信息等。本文仅对探测策略展开讨论。

　　(1)重视测量方法的误差。如CMM用于零件和部件的尺寸误差和形位误差的测量，国标形位误差的测量方法种类有100余种，如果用户采用的检测原则和方法不当，便会造成测量方法误差。因此，用户一定要熟悉并严格遵循GB1958-80《形状和位置公差检测规定》中规定的测量方法来检测工件。

　　(2)正确选择探测点数量及探测位置。被加工的零件往往是一些标准几何特征的组合。这些特征的几何性质可通过许多测量点用拟合的办法得出。为了测量的目的，每种特征在数学上均定义了较少测点数，例如两点定义一条直线、三点定义一个圆，但三点测圆不会提供形状的信息，为了实用的目的用坐标测量机测量时通常选择的测点多于较少点数，以求出表面的几何误差(见表1)日，探测位置的安排并不需要在被测表面上等距分布但要求均匀分布，这样保持输入到软件的数据能真正代表被测特征的特性，测点不要过于规律分布，以防可能和机械加工工序中存在的系统或周期误差相一致。测量的数据应当反映被测特征的特性，为得到可靠的结果数据不宜太少，测点的恰当分布可以防止带来不可靠的根据而导致错误的结果。

　　(3)确定合适的测点数量。恰当分布的CMM测点数越多结论越可靠，但测点越多花费的时间必然越长。测量时测点不可太少，也不宜太多，否则引起测量效率下降或者引起条件漂移造成误差，用户必须在所要求的精度和速度等方面作出经济性的选择，同时注意由于局部特征造成的问题(如表面粗糙度精度不够等。表1是由英国标准研究院标准BS7172:1989推荐的每种特征测点数。

   以上介绍的是三坐标测量机测量策略及影响CMM测量结果的因素。希望对您使用三坐标测量机过程中有所帮助。昆山友硕是蔡司三坐标授权代理商，若有需求欢迎来电或在线咨询，我们将竭诚为您服务。

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