三坐标测量机精度影响因素分析及解决措施

摘 要：三坐标测量机广泛应用于生产制造和检测计量中，其精度要求越来越高。文中系统地对三坐标测量机精度影响因素分析及解决措施，具有一定的实际意义。

关键词：三坐标测量机；精度；影响因素；解决措施

1 概述

随着微型化技术和精密加工技术的发展，对三坐标机的测量精度要求越来越高。传统的误差综合分析法已经不能满足要求，因此需将误差分解，逐一检测并修正，达到高精度的要求。随着工业生产和科学技术的发展，对三坐标测量机的精度要求也愈来愈高。研究误差的类型及其对测量数据的影响，掌握误差传递与合成、转化和相互作用的规律，并对其进行修正具有重要意义。三坐标测量机产生测量误差的原因很多，影响测量精度的差别较大，不易进行比较和评定。

2 三坐标机精度影响因素

三坐标机包含有测量机主机、触测系统、机械气路系统、电气控制柜、计算机及软件系统，由于测量系统组成复杂，精度影响因素众多，既有坐标机自身组成系统的原因，又有环境条件因素，还有计量校准过程中的操作环节把握等原因，需要逐一进行分析。

2.1 三坐标机自身系统因素

（1）气路及导轨系统

三坐标机采用空气轴承导向，高压气体通过气眼进入工作面和导轨面之间，形成均匀的气隙，正常工作时气隙 6～10μm，气压浮动导致气浮块间隙变化，影响测量机的重复性。气压不足时，会使导轨不能完全浮起造成与导轨摩擦，轻者影响精度，重者磨损导轨和气浮块、损坏测量机。因此，压力正常时，必须保证压缩空气的洁净度及导轨的平面度，以确保空气轴承正常工作。具体解决措施主要包括，经常采用酒精纱布或酒精脱脂棉擦拭导轨，定期放干气路系统中的水和油，定期检查并更换滤芯，定期检查气管。

（2）计数系统

计数系统由光栅尺、读数头、信号转换电路等组成，读数头和光栅尺间的间隙是可变的，但在出厂前都经过调整并固定稳当，使输出信号符合控制系统要求。当发生厉害的撞击后，光栅尺和读数头之间的距离可能发生变化，引起输出信号不稳定或者无法识别及精度超差。所以，避免撞击、杜绝严重撞击事件是维护计数系统极为有效的途径。

（3）电气控制系统

电气系统由控制柜及内部各控制单元板、操纵盒、互联电缆及各电机、光栅读数头、温度传感器等部件组成。测量机主要由控制柜中的各种控制单元板及外围设备实现对测量机的精确控制。控制系统的互联电缆很多，电缆接头部分的松紧程度直接影响着各类光电信号的传输及转换。要特别注意电缆接头部分，定期检查接头松紧是否适度，不要因为发生松动影响测量机使用。定期检查电缆是否有破损。严禁随意拆装控制系统部件，不允许随意更改测座控制器的跳线设置。

（4）触测系统

触测系统由测座、测头、测针和连接件组成。一般使用测座的坐标机，用控制器与之配合完成对测座信号的控制，用 接触式测头完成测量数据的触发信号。坐标测量机可以与不同公司的多种测座、测头配合使用，不同的测座需要搭配不同的测座控制器完成对测座的控制，不同的测头的精度、安装接线方式也各不相同。触测系统的不同组合方式、洁净度直接影响到测量的精确性。应正确选择测座测头测针组合、正确安装测头测针、经常性保持测头及测座吸盘的清洁。

2.2 环境条件影响

除了测量机本身因故障造成测量机精度误差外，其环境温湿度也直接影响到测量机精度，造成测量误差。

（1）温度因素

三坐标测量机的长度基准光栅是按照20℃修正及装配调试的，当温度偏离太大时会对测量机精度造成很大的影响。在测量机的机房内温度自下而上是逐渐升高的，每个轴的光栅温度和零件温度的差别就影响了测量机测量的精度。作为高精度计量检测仪器，正常工作温度20±2℃。

使用测量机时要尽量保持测量机机房的环境温度与检定时一致，并保持在 20±2℃。电气设备、计算机、人员都是热源。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定距离；测量机机房加强管理，不要有多余的人员停留。

（2）濕度因素

湿度对测量机的影响较大，湿度控制不当将严重影响测量机寿命。在南方湿度较大的地区或北方的夏季或雨季，当正在制冷的空调被关闭后，空气中的水汽会很快凝结在温度相对较低的测量机导轨和部件上，会使测量机的气浮块和某些部件严重锈蚀，影响测量机的寿命。计算机和电气控制系统的电路板也会因湿度过大出现腐蚀和造成短路。应随时监控工艺间环境湿度，并使其贮存湿度控制在 30%～70%，使用湿度控制在65%±5%。

由于坐标机工艺间通风条件有限，湿度常年过大，未开空调状况下，湿度在 75%～85%，2011年，在进行年度例行坐标机计量校准时，由于电气控制柜中 LOG-02板故障导致坐标机运行速度突然加快，后经厂家技术人员确认原因为环境湿度过大，引发电路板击穿，导致故障。后与后勤保障单位协调，改为每天开启空调进行温湿度保障。

3 结语

三坐标测量机的精度维护是一项长期工作，需要使用单位与厂家长期努力、共同探索研究其科学规律，找准其精度影响因素，完善适合于各类使用环境下的精度维护方法，严把关键环节，尽早掌握其特点规律，真正实现其使用功能的最大及最优。应该着重从以下3点把握。

（1）在坐标机的日常维护保养方面，应该优化环境保障的条件，严格遵循使用说明书，定期通电、排放气路系统废水废油、更换滤芯及真空泵油。

（2）在坐标机的日常使用过程中，严格控制环境温湿度条件，减小坐标机光栅尺受温度波动导致的线膨系数影响，降低控制柜等电路受湿度影响电路故障的概率。

（3）在坐标机计量校准方面，需要严把测前温湿度平衡、采点、安装、精度补偿等关键环节，严格遵循《坐标测量机校准规范》，使测量结果更为精确、可信。

参考文献：

[1] 张国雄.误差修正提高坐标测量机精度的重要方向[J].机床，1986.

[2] 梁荣茗.三坐标测量机的设计使用维修与检定[M].中国计量出版社，2001.

[3] 金飞翔，陈晓怀，杨洪涛，等.悬臂梁式三坐标测量机的误差分析与修正[J].工具技术，2007.

[4] 徐志彦.三坐标测量机空间误差的高精度测量与分离技术研究[D].西安理工大学，2006.

作者简介：

冀红，性别：女，出生年月：1968年11月20日，职称：工程师，工作单位：沈阳计量测试院，研究方向：测绘仪器、光学仪器、验光设备。