三坐标测量机测量误差分析及补偿方法

 　　三坐标测量机作为高精度仪器，测量误差仍然难以消除。为了提高三坐标测量机的测量精度，选择合适的误差补偿的方法至关重要。

　　测量结果评价与误差来源分析

　　测量过程完成后，测量结果的分析与评定，主要是误差来源分析，是高精度产品检验的一项要求，直接影响产品评定。它是测量可靠性的表达，定量的计算描述就是测量不确定度。测量不确定度的影响因素主要有以下几个方面：

　　①方法误差。主要指测量方法不完善引起的误差，如采点个数及位置的选择，基准的选择与测量，工件安装是否合理等等。测量方法的选择要建立在对图纸与零件装配、功用等的透彻分析基础上，对于不明确的地方，可以由有经验人员来把握。

　　②设备误差。指由测量设备本身存在的误差而引起的测量误差，一般用测量机的示值误差或不确定度来表示，它与机器的使用工况有关，因此，三坐标测量机的日常维护保养及定期的精度补偿至关重要，另外，测头部分也是此类误差的重要来源，如测座不同角度旋转定位时产生的误差等。误差补偿技术是修正测量设备误差的重要方法，科研工作者也进行了深入的研究，是未来提高三坐标测量机测量精度的主要发展趋势。

　　③人员误差。指测量人员受到自身能力限制，而在测量时引入的误差，如手动采点时由于测量速度、方向、力度的差异而产生的误差。测量人员在工作过程中尽量使各种测量影响因素趋于一致、降低到较小，如相同的测量力、测量速度均匀过渡等，并尽量使用三坐标测量机自动测量模式，这些在一定程度上可以减小人员误差。

　　④环境误差。指由于环境因素与测量设备规定的标准状态不一致而引起的误差。如温度、湿度、气压、振动、灰尘等，其中以温度对测量精度的影响较大。三坐标测量机工作时的温度要求是20+/-2℃

　　三坐标测量机温度补偿方法

　　三坐标测量机温度补偿主要由三部分组成：标温下结构参数标定、温度实时采集系统和误差补偿系统。一先测量机利用自身系统获得标准温度下的结构参数，并作为标准结构参数。温度采集系统将采集到的实时温度与当前环境下的温度进行对比和计算，将温度偏差值按照温度热变形误差公式进行实时补偿，反过来，提高了三坐标测量机的测量精度。

　　(1)软件修正法补偿。根据三坐标测量机的动态误差产生时间节点不同，可分为实时误差与非实时误差。实时误差的补偿方法是对现场的误差数据即时地进行误差补偿，这种方法误差修正精度较高，但需要系统具有伺服驱动，成本较高。非实时误差补偿是对系统采集到的误差数据进行分析校正，这种方法成本低，应用较为广泛。本文采用软件修正的方法对三坐标测量机的动态误差进行非实时误差补偿。该软件使用三次样条原理对误差进行插值计算，并绘出误差曲线图[4]。根据样条函数理论，离散误差点样条函数的节点即是误差点，在三次样条函数拟合后，可以得到误差曲线的模型，拟合精度高，适用性强。

　　(2)测量力误差补偿。测量机在测量过程中，由于受测量力的影响会产生弯曲变形，导致测杆偏离测量理论准确位置，导致测量误差的产生[5]。根据三坐标测量机测头和测杆的结构，建立测杆的弯曲变形模型，如图1所示。

　　分析上述模型，可得到测量力对测量杆产生的横向位移ωY和压缩ωZ，其计算公式：

　　根据上式可得到测量力与横向位移、压缩位移的关系。根据上述关系，可按照测量力的大小对测杆的横向位移和压缩位移进行补偿。

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