三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究

辛天飞

深圳市计量质量检测研究院 广东 深圳 518000

三坐标测量机属于一种高精密的测量仪器，而且这个仪器在很多方面都得到了普遍的运用，如产品的设计、生产加工等等。不过在实际进行测量的时候，就会出现一些测量误差，主要原因有测量方式错误等因素。所以，一定要对三坐标测量机的测量误差进行分析，并且找到合适的补偿方法，这样才可以有效的提升三坐标测量机的精准度。

一、三坐标测量机的原理

三坐标测量机主要就是根据坐标来进行测量的，三坐标测量机的原理就是：把多种几何元素的测量转变成为所有集合元素上中所有的点坐标的测量，在测量出所有的点坐标值之后，再使用软件根据相关的标准来对所有的几何元素的尺寸、位置、形状等相关的信息进行准确的计算。三坐标测量机在进行测量的时候，就属于一个机械手，机械手上可以安装一些不同形状的探针，而且经过这些探针上面的测量工具来进行高精度的测量工作。在对一个零件进行测量的时候，经过手动控制或者是使用系统来控制的方法，让三坐标测量机沿着三个方面的轴线进行运动，并且把机械手上面的探针移动到零件上，当探针接触到零件的时候，相关的测量系统就会把相关的数据信息传输到相关的系统当中。要是选出了非常多的测量点，规划合理的测量方式，可以让零件测量的更加的精准。

现阶段，三坐标测量机已经不属于一种实验类的工具了，现在三坐标测量机已经被普遍的运用到了车间生产工作当中。三坐标测量机在一些制造系统当中使用，可以对生产出来的产品进行质量检测，并且还可以对其进行分析，还能对一些设备和生产系统进行检验的工作，同时还能够清楚的了解到设备的整体情况，了解整个工程的发展。所以，三坐标测量机属于一种可以确保产品的质量和提供相关信息的一种测量机器。在最近几年，坐标测量技术在快速的进行发展，现已为人们提供了一种可以对多种结构、多种测量范围，以及自动化的一种坐标测量机器。而且现阶段坐标测量机器已经属于一种非常重要的测量工具的一种，这个测量工具可以对一个产品的质量进行精准的测量。

二、三坐标测量机测量误差的分析

(一)装配的误差。装配的误差问题就是说是部件在进行安装的时候，安装的位置和最初的设计要求不相似，出现一些差别。装配中出现误差的情况主要有三方面的内容，第一方面就是零部件的误差，主要包含了零件在进行加工时候所出现的误差，设备在进行工作的时候使零件出现变形的情况，还有就是因为磨损所导致的误差。第二方面就是测量工具的误差，这主要就是说测量时所使用的工具出现一些误差，这样也就导致在进行检测的时候精准度下降，从而就会出现误差。第三方面就是操作时出现的误差，这是因为在使用测量工具进行测量的时候，出现目测等一些情况的影响，导致出现的误差。例如，在桥式三坐标测量机当中，三坐标测量机装配时所出现的误差主要有两点，一点就是形状的误差，这是指在三坐标测量机中所有的零部件进行加工的时候和计划当中的形状有一点不同，如直线和平面的角度等。另一点就是位置的误差，这个就是说在加工结束后，所有的点线面的位置和预计的位置不一样，出现偏差。三坐标测量机的工作特点就是可以以最快的速度对坐标进行收集，避免出现相关的误差，确保三坐标测量机的测量精准度。

(二)环境温度的误差。环境温度的误差就是说因为环境温度的改变导致三坐标测量机当中的相关零部件出现热胀冷缩的情况，这样也就导致三坐标测量机的测量精准度下降。随着现阶段三坐标测量机的测量精准度在渐渐地提高，怎样来降低三坐标测量机周围环境的温度就变成了现在非常重要的一个问题。现阶段，在对温度进行研究的时候，主要就是对材料和软件补偿这两点来进行考虑，在材料方面，一般都会选用一些膨胀系数比较小的材料，三坐标测量机的桥架和台面等都是使用花岗岩材料或者陶瓷材料来进行制作的，然后滑动导轨和光栅尺就会使用一些金属材料或者陶瓷材料来进行制作，并且还需要控制三坐标测量机的工作温度，所以尽量要将室内的温度保持在要求温度以内，这样才可以让三坐标测量机在测量的时候尽可能的减少温度带来的误差。除此之外，还可以使用软件补偿的方法来对温度的误差进行修改，首先使被测工件等温到和坐标机的环境温度一致，再把温度传感器吸附在工件非测量位置，输入该工件材料膨胀系数到温度补偿软件模块中并激活温度补偿运行程序.这样也是可以提升三坐标测量机测量时的精准度的。

(三)光栅系统的误差。三坐标测量机上面的三个坐标轴都是经过三个高精度直线光栅和读数头组合而成的，这样就可以更好的进行准确定位，所以光栅实际的数值和标准的数值间出现的误差是因为三坐标测量机定位误差所导致。光栅在实际进行测量的时候，主要是根据实物来进行测量的，想要提升光栅的测量精准度是非常复杂的，虽然现在已经使用了很多中方法来完善光栅测量的精准度，但是在生产加工、调整和信号等一些步骤当中，还是会出现一些不能避免的因素，比如光栅材料和光栅刻线在光学性质中有着不均匀的情况，导轨的直线要是出现误差那么就会导致光栅也随之出现变化等等因素，这样也就导致光栅的莫尔条纹信号和计划当中的信号是有一些差别的，这样也就导致整个过程的相关信息都会出现改变。光栅系统的误差具备着控制性和不可避免的性质，要想让测量的数据变得更加精准是非常困难的，而且就算提升了精准度，那么付出的代价也是比较高的。所以，要根据现在有的一些条件，来让三坐标测量机的测量精准度得到提高。除此之外，导致三坐标测量机精准度下降的原因还有控制系统的误差等等一些误差情况，因此，只要对三坐标测量机的误差进行全面的研究，才可以找出提升三坐标测量机测量精准度的方法。误差标定就属于一个花费成本比较低，而且效率非常高的方法，它可以有效地提升三坐标测量机的测量精准度，而且这样的改善方法也已经受到了很多人的认可。

三、三坐标测量机误差补偿方法

(一)温度补偿方法。第一，标准温度下结构参数的标定。在温度导致出现误差的时候，一定要先去确定好标准温度下设备出现的误差数据，也就是说三坐标测量机在没有受到温度影响的时候，测量时所得出来的相关数据，在确认好相关数据之后，就可以有一个标准的数值来进行比较，这样在以后也可以对误差数值进行比较。

第二，对温度信息进行收集。在记录完相关数据之后，就要对现在出现温度误差的三坐标测量机进行测量。根据相关参数来对所有的参数进行正确的测量和收集，这样就可以得到所有的参数，然后把测量结果和实际的结果进行比较，这样就可以判断三坐标测量机受到温度影响和没有收到影响的差别，然后就可以进行相关的调整。随后就可以使用相关的公式来对其进行补偿，经过补偿就可以得到和没有受到温度影响时的相同的数据。

(二)动态误差补偿法。第一，软件修正法进行补偿。根据测量仪器的动态误差出现的时间不一样，所以可以分为两方面的误差，一种是实时误差，这种误差的补偿方式就是对实际的误差数据来进行补偿，这样的方法可以提升误差修正的准确度，不过花费的成本比较高。另一种就是非实时误差补偿，这种补偿方式就是对系统收集的相关数据进行研究，然后进行校正，这样的补偿方式成本是比较低的，而且很多人都会使用这样的方法来进行补偿。

第二，测量力误差补偿。三坐标测量机在进行测量的时候，因为会受到测量力的影响，导致出现形变的情况，这样也就会使测杆出现位置偏离的情况，使测量出现误差。想要进行补偿就可以将三坐标测量机的测头和测杆的结构数据提取，然后设计一个相关的模型来进行研究，如图一。

对这样的模型来进行研究，可以看出测量力对测杆产生的位移情况和压缩的情况。这样就可以了解到测量力和位移与压缩之间的联系。结合这样的关系，就可以根据测量力的情况来对测量杆的位移与压缩情况进行补偿，这样也就会减少误差，提升三坐标测量机的精准度。

结束语

总的来说，本篇文章主要就是对三坐标测量机的测量误差进行分析，并且研究出了有效地补偿方法。在进行分析误差的时候，主要根据三坐标测量机常见的几种误差进行研究，这样做主要就是为了给以后的补偿方式提供相应的基础。然后根据误差来研究两种合适的补偿方法，并且对补偿方法的运用进行介绍，希望可以有效地提升三坐标测量机的测量精准度，减少误差的出现。