（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

三坐標測量中的誤差分析

王秀偉

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066011）

高精度三坐標測量機測量中，對其動態(tài)誤差的研究是一項重要的課題研究，想要將其在運動中產(chǎn)生的動態(tài)變形進行分析，并將測量機精度與速度進行提升。根據(jù)三坐標測量機的原理進行分析得知，其通過利用高精度光柵將被測零件的表面準確的測出三個坐標數(shù)值，并且通過計算機處理，將其測量元素，像圓、球、圓錐、圓柱、曲面等，進行數(shù)學計算，并得出其被測零件的形狀、位置公差以及其他的數(shù)據(jù)。一般來說，三坐標測量機就是對物體進行點的采集、整理、計算的過程。所以對采集的原始點數(shù)據(jù)進行嚴格的誤差控制能夠降低誤差的產(chǎn)生。本文主要探討應(yīng)用階段產(chǎn)生的誤差情況。

三坐標測量；誤差分析；基準

1 測頭系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差的分析

在對被測物體進行測量前，需要先對測量機測針在測頭處的位置進行標定，這需要標準球進行完成，而在特定的環(huán)境下標準球的尺寸不同，要求在廠家規(guī)定的溫度、濕度、工作氣壓條件下進行，只有在進行測針標定時按照這樣的標準進行，才能保證其精度。不然容易出現(xiàn)測量機各軸懸浮間隙失常，測量機的導軌與光柵磨損嚴重，直接影響到測量數(shù)據(jù)的準確性。

在進行測量時必須保證標準球的完好，需要定期的去計量單位進行驗證，要保證標準球的磨損及球度保持在正常范圍值內(nèi)，這是測針標定的依據(jù)。在進行測針標定時必須將標準球進行固定，測針也要用專業(yè)的固定裝置進行加固，保證標定的測針以及角度位置的一致性。并且將測量時使用的測針、角度位置進行一次性的全部標定，這樣能夠保證避免多次標定的誤差出現(xiàn)。如果所用的測針、角度位置是在不同的狀態(tài)下進行標定的，那么難以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)的不一致性，導致數(shù)據(jù)間相互出現(xiàn)誤差，最終使測量結(jié)果不準確。

在進行測量零件時需要將側(cè)頭移動到標準球上取點，并將其徑向進行。不論我們怎樣進行取點，理論上測量機記錄的數(shù)據(jù)都是接觸點的坐標?？墒菍嶋H操作上是不一樣的，測量機上測針是不同的，再加上測量時的角度位置不同，測頭傳感器的觸發(fā)條件有時間不同，都能影響到以近切向方向接近并測點，所以誤差是不可避免的。通過以直徑為20mm的標準球進行舉例說明，我們進行了多次的測量，其自身實際的尺寸在19.964～19.991mm內(nèi)，誤差達到了0.009～0.036mm，看似誤差數(shù)值非常小，但是對于測量機這種高精度設(shè)備來說已經(jīng)非常大了，所以必須盡可能的在實際的操作中從徑向取點測量。

如果我們在進行測量工作時發(fā)生了“撞車”現(xiàn)象，需要立即停止測量，并且重新進行測針及角度位置的標定，不然就會出現(xiàn)誤差累計，導致在最后的測量結(jié)果與實際的尺寸存在著非常大的誤差，無法被消除。主要是由于，不論什么材料在受到快速的撞擊時，都會產(chǎn)生不同程度上的變形，而造成系統(tǒng)偏差。而測頭的傳感器發(fā)生“撞車”，那么就會造成測量時的觸發(fā)傳感器的靈敏度下降，而造成測量數(shù)據(jù)的誤差，這時需要我們及時的送到生產(chǎn)廠家進行全面診斷、修復，嚴重的需要進行更換。

目前使用的測針測量球大多都是紅寶石，其硬度與光滑度都非常高。因為被測零件的表面形狀各異，在長時間的使用下很容易造成測量球的表面附著污染物，嚴重的影響了測量數(shù)據(jù)的準確性，導致誤差的出現(xiàn)。所以我們應(yīng)該定期的采用無塵紙或者無水乙醇對測針球面進行擦拭清潔，在進行擦拭清潔時，必須保證是在關(guān)機狀態(tài)下進行的。

2 坐標系因素導致的測量誤差的分析

2.1 建立坐標系所用元素要具有充分的穩(wěn)定性

我們在建立坐標系時需要用到一個面，雖然將此面的加工精度進行提高，但是面積范圍很小。如果遇到了被測量的對象距離坐標中相對較遠時，或者是被測對象的面積范圍較大時，我們在坐標系上的極小差異都會導致被測對象的數(shù)據(jù)變化波動較大，這樣就會造成數(shù)據(jù)的說服力下降。所以我們在進行零件坐標系時，需要盡可能多的進行取點，并且將取點的尺寸范圍盡可能的擴大。

2.2 建立坐標系所用特征元素要具有充分的代表性

在進行基準面的建立時，需要盡量避免在測點的選擇上遇到粗糙、毛刺、磕碰位置，并且選擇的點的位置不要在面的邊角處，在進行取點時盡量多的選擇點位置。在對基準坐標系遇到圓孔時，需要將圓孔自身的圓度、圓柱度、垂直度等對測量結(jié)果有影響的因素進行多方面的考慮，在進行選點的時候也要盡量避開粗糙、毛刺、磕碰的位置，先進行手動測量，然后在進行自動測量，并且將自動測量的數(shù)據(jù)作為我們的最終數(shù)據(jù)。測量坐標系中其他基準的特征元素也是一樣，都要在其的主體特征范圍內(nèi)，并且盡量多的進行取點，保證點位避開粗糙、毛刺、磕碰與過于邊角的位置。

2.3 要能夠正確應(yīng)用建立好的零件坐標系

在坐標系的建立后，就不能在進行相應(yīng)的改變，需要測量的對象都需要在這個坐標系中進行測量。而當建立的坐標系統(tǒng)與圖紙一樣準確，那么理論上講就能對被測量的結(jié)果進行評價。但是實際的情況卻不盡相同，我們建立的坐標系統(tǒng)中，各特征元素并不是單一的，需要我們將面、線、點等相互結(jié)合，并且在建立的這些條件中也是需要有形位公差的要求的。并且我們建立的初始坐標也會發(fā)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)、偏移，這樣對其他的零件進行測量時很容易出現(xiàn)誤差。需要我們在進行偏移旋轉(zhuǎn)后及時的對其進行修正，而實際的零件對偏移旋轉(zhuǎn)后的尺寸也是需要有公差要求的，這個數(shù)值并不是一個絕對的理想值。進行修正的原則是將實際的偏差作為修正的基礎(chǔ)，在初始坐標建立后，將絕對偏移量與旋轉(zhuǎn)的角度進行設(shè)定，生產(chǎn)的新坐標就是理想坐標系，再用新坐標系進行測量，這樣得出的偏移量或旋轉(zhuǎn)角度值。

3 測量取點產(chǎn)生的誤差的分析

3.1 測量取點時要緩慢均速進行

取點操作進的過快容易造成測量機的“撞車”事故，并且由于測針記錄測量點數(shù)據(jù)時是由傳感器觸發(fā)，所以過于快速的取點很容易造成誤差加大。而在對特征對象進行測量時，我們可以先進性受到測量作為數(shù)據(jù)上的參考，然后在進行自動取點與自動測量為數(shù)據(jù)的最后結(jié)果。這是因為自動取點時，計算機軟件能夠?qū)⒆詣釉O(shè)定測頭測針以均速、緩慢、垂直接近被測對象測量取點，誤差較小。

3.2 測量取點時不能直接采取球形測針進行

在進行對螺紋孔的測量時，取點操作不能直接采取球形測針進行，需要在保證測針與螺紋孔軸線平行一致下用柱狀測針取點。一般都是將螺紋檢具或絲錐擰緊到螺紋孔中固定好，在用專業(yè)的測量檢具進行測點，能夠避免誤差的出現(xiàn)。

3.3 測量孔時需要手動取點

在進行測量孔時，由于孔軸的垂直問題，造成軸線方向不同位置其截面圓的位置也是不同的，需要在孔軸中間進行取點，不僅需要手動取點，還要自動取點，保證取點的數(shù)量要多。在同一平面一組位置相關(guān)孔需要將自動測量時軸向高度設(shè)定一致，保證這一組孔相互間的可靠相關(guān)性。

4 結(jié)語

三坐標測量機的性能體現(xiàn)在測量工作中的精度與速度，而當測量機測頭、坐標等出現(xiàn)問題就容易產(chǎn)生對三坐標測量機測量精度的影響，導致后續(xù)的加工生產(chǎn)受到誤差影響受到損失。控制三坐標測量機各方面因素的影響，能夠使三坐標測量機在精確測量基礎(chǔ)上，保證加工的零件質(zhì)量與精度，為部件加工、機械生產(chǎn)做好基礎(chǔ)性工作。

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