如何降低三坐标测量机的测量误差

戎悦

摘要：三坐标测量机是一种精密测量的仪器，由数字化控制进行。它在机械制造，精密加工，以及电子产业中，都得到了广泛的应用。在实际的测量工作中，三坐标测量机会因测头，测球直径，以及测针长度等因素，导致测量出现一些误差。本文阐述了三坐标测量机的工作原理，对如何降低三坐标测量机的测量误差进行了探讨。

关键词：三坐标测量机；原理；误差；措施

三坐标测量机是一种精密测量的仪器，由数字化控制进行。它在机械制造，精密加工，以及电子产业中，都得到了广泛的应用。在实际的测量工作中，三坐标测量机会因测头，测球直径，以及测针长度等因素，导致测量出现一些误差。因此，如何降低三坐标测量机的测量误差，是三坐标测量机运用中一个重要的问题。

一、三坐标测量机的工作原理

三坐标测量机，其采点发讯装置是测头。分别在x、y、z三个轴的方向，装有光栅尺和读数头。测量过程如下：首先将被测零件，放入测量空间，建立一个空间坐标系。当测头接触工件，发出采点信号时，控制系统采集当前坐标相对于测量仪即绝对原点坐标的坐标值，得到的坐标数值，经过数据处理后，形成测量元素，如球、圆锥、圆柱、曲面等，进而经过数学计算的方法，得出其形状、位置公差，以及其它几何量的数据。

测头部分，是测量机的重要部件，主要用来触测工件表面。根据功能的不同，测头有触发式、扫描式、非接触式等。触发式测头，使用最为广泛。当测头的机械装置移位时，将产生信号触发，并采集一个测量数据。最常见的测球的材料，是紅宝石。天然的红宝石，由于价格比较昂贵，所以，大多数测杆顶端的测球，都采用的人造红宝石球，其测针结构示意图，如图1 所示。

三坐标测量机的测头校正时，最先校正的测针，作为坐标的原点，其原理如图3 所示。用测球对标准球进行测量，通常测量5个点。在球极上测1点，球赤道面上均匀测4 个点。

测头校正是保证测量精度的基础，如图2（a）所示。测头的体积再小，也存在一定数值的半径，因此要对测头的直径，进行校正处理，如图2（b）所示。

三坐标测量仪误差检测方法，可以分成两大类：一类是用激光干涉仪等仪器，检测三坐标测量机的各个单项原始误差；另一类是用球列、球板等实物基准，检测检测三坐标测量机的综合误差，然后分解出原始误差。在实际测量中，对数据的处理与评定，一定要慎重，避免出现误判。

二、降低三坐标测量机测量误差的措施

（1）确保测头校正的准确性。测头校正的目的，是校正出测杆的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时，产生的误差，将全部加入到测量中去。因此，要保证头校正的准确。使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法，来检查校验精度。如果对测量精度的要求比较高，需要重新校正测头，以确保数值精确。

（2）采取正确的测量方法。三坐标测量仪的测针，越短越好。根据测量经验，测针越短，测量结果越准确。对于比较精密的测量，一定要使用比较短的测针进行测量。尽量的减少接头与长杆，也可以提高测量的精度。在使用三坐标测量仪进行测量的时候，要尽量的做到侧头的直径范围尽量的大。因为使用三坐标测量仪进行测量，测头是最重要的一个测量配件，会直接的对测量的结果造成影响。

（3）补偿文件的正确性。补偿文件，是使用双频激光干涉仪，检测三次元测量机位置度、直线度和角度误差后，生成的补偿文件。测量软件是根据补偿文件，来进行误差补偿。在实际的测量中，在安装测量机软件时，有的工作人员不够认真，忘了安装补偿文件，或者遗失了备份文件，结果导致三坐标测量机精度差，需要重新校验精度，增大了工作量。因此，操作员工作时要认真细心，保管好备份文件，也要会安装补偿文件。

（4）减小三坐标测量机测量同轴度误差。方法主要在于，首先，增大基准截面之间的距离。在测量基准元素时，如果增大第一截面与第二截面建的距离，则误差干扰的比例，将相应减小；其次，如果被测工件截面较短，可采用变通方法，测直线度，来替代同轴度。实现方法为：分别在两个小圆柱上测量n 个截面圆，然后选取这n 个圆的圆心，拟合一条三维直线，该直线的直线度，可近似替代同轴度。工作截面越短，此变通方法的效果越好，可很方便地制作一个综合量规，来对该方法的准确性，进行验证。

总之，对于三坐标测量机测量误差的问题，要根据其工作原理，采取正确的测量方法，确保测头校正的准确性，减小三坐标测量机测量同轴度误差。操作员工作时要认真细心，保管好备份文件，会安装补偿文件，从而最大限度的降低三坐标测量机的测量误差。

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