三坐标测量机测量误差分析及补偿方法

摘 要：三坐标测量机是一项通用性较高的测量设备，在机械、电子领域当中的应用十分广泛，但在实际应用角度上，该测量设备却始终存在测量误差问题，为了应对该设备的误差问题，本文对三坐标测量机测量误差分析及补偿方法进行分析，主要了解该设备误差分类，再提出针对性的误差分析及补偿方法。

关键词：三坐标测量机；准静态误差；动态误差；补偿

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.038

0 引言

作为高精度测量设备，三坐标测量机的误差问题一直存在，使得测量结果出现了可靠性不足的问题，那么为了进一步提高该设备的应用价值，有相关学者针对三坐标测量机的各类误差，提出了相对的补偿方法，理论上可以消除各类误差，得到准确的结果。

1 三坐标测量机常见误差类型

在相关理论基础上，三坐标测量机的误差类型可以分为两类，即静态误差、动态误差，其中静态误差的特点在于其误差值会始终保持在稳定水平，而动态误差则会随着存在时间的增长而增加，所以在误差补偿角度上，应当先对两种误差进行了解，再选择相应的方法。下文将介绍三坐标测量机静态误差、动态误差的产生原因以及事例表现。

（1）静态误差。三坐标测量机的静态误差产生原因一般在于：外部因素对设备结构造成了瞬时性影响，此类影响带来的误差因为影响转瞬即逝，所以不容易发生变化，但这一表现不代表静态误差的影响力不大，因为在通常情况下静态误差的误差值要大于动态误差的初始值，乃至动态误差经过一段时间发展后也无法超过静态误差值，所以应当对静态误差保持重视。在事例上，在三坐标测量机测量当中，其侧头测针存在磨损现象，此时就会形成静态误差[1]。

（2）动态误差。三坐标测量机动态误差的产生原因有很多，例如温度、灰尘、人工等外在因素，此类误差在大部分情况下都会随着时间的延长而增加误差值，但在特殊情况下会表现出不稳定的动态化表现。在事例上，在三坐标测量机测量当中，周边的温度、灰尘会随着时间累积而增长，相应引起的测量误差值也会随之增长，这即为动态误差的常规表现；在人工因素下，介于人工不稳定性的特征，其采点测量速度会不平衡，但具体表现却无法预测，由此就形成了不稳定的动态误差表现[2]。

此外，在静态误差与动态误差的综合角度上，静态误差本身虽然不会因为时间增长而发生变化，但在其他因素条件下，其会出现动态性表现，例如侧头测针磨损现象就会在长期应用当中愈发严重，这即为一种动态性表现，针对这一现象，在误差补偿中影响以当前静态误差值为基准来进行计算，以保障计算结果准确性。

2 三坐标测量机常见误差补偿方法

结合相关理论得知，三坐标测量机误差补偿方法主要有三种，即温度补偿法、软件修正补偿法、测量力误差补偿法，对此下文将进行相关分析。

2.1 温度补偿法

温度是引起三坐标测量机误差的重要因素，且在此因素条件下，静态误差与动态误差可能同时存在，所以在测量当中采用温度补偿法是消除测量误差的重要举措。在相关理论当中，温度补偿法分为三个部分，即标温下结构参数标定、温度实时采集、误差系数补偿，下文将对三个步骤的具体内容进行分析。

（1）标温下结构参数标定。在温度引起的静态误差当中，需要先确认正常温度条件下，设备最低误差参数，即三坐标测量机未受温度影响之前，其所有结构的参数数值，确认之后即可得到一个标准的对比参数集，主要用于之后的误差值对比当中。

（2）温度实时采集。在完成上述参数标定工作之后，需要对当前存在温度误差的三坐标测量机。依照标定参数集中的每个参数项进行实际测量、采集，以得到设备当前的参数集合。之后将参数标定结果与实际采集结果相互对比，即可得到当前三坐标测量机误差与标准参数之间的差距，以供后续补偿查阅、调整。

（3）误差系数补偿。根据上述温度实时采集与标定参数的对比结果，可以采用温度热变形误差公式来进行补偿，在补偿过程当中，要将对比得出的三坐标测量机实际误差与参数误差的比值代入公式当中，通过数值补偿将设备参数调整到与标定参数一致的水平下即可。

此外，介于上述分析可见，温度补偿法的应用相对复杂，且需要进行多项对比，那么为了保障该方法应用顺利，本文建议采用仿真软件来模拟标定参数设备与误差设备，以此得到两个模型，借助模型的直观性可以简化其中计算过程。

2.2 软件修正补偿法

软件修正补偿法是一种针对三坐标测量机动态误差来进行补偿的方法，在实际应用当中十分常见。具体应用上，介于上述动态误差的温度、灰尘、人工分析结果可见，动态误差可以被分为两个类型，这两个类型被称为实时性动态误差、非实时性动态误差，那么针对实时性动态误差，在软件修正补偿法当中，直接对现场误差数据进行调整，使其与标准参数一致即可；针对非实时性误差，则利用采集系统来获得设备当前误差系数，再结合标准系数进行矫正即可。

2.3 测量力误差补偿法

在三坐标测量机应用当中，如果其测量力存在异常容易导致侧杆弯曲，相应引起误差现象，此类误差属于非实时性动态误差，那么针对此类误差，除了上述提到的软件修正补偿法以外，还可以采用测量力误差补偿法来进行调整。具体应用当中，首先利用仿真软件（或其他建模软件）来建立三坐标测量机的侧头、侧杆结构模型，其次将当前测量力输入模型当中，查看侧杆是否弯曲、弯曲程度，如果存在弯曲，则减弱模型中的测量力，直至侧杆不弯曲，且满足测量需求位置，最终将模型测量力参数输入三坐标测量机当中即可起到应有效果。

3 结语

本文主要对三坐标测量机测量误差分析及补偿方法进行了分析，分析首先围绕三坐标测量机常见误差类型进行了介绍，此举主要为了给之后补偿方法分析提供基础。其次围绕误差分析结果，介绍了三种误差补偿方法，对这些方法的应用原理进行了分析。

参考文献：

[1]彭利荣，王东方，马占龙等.三坐标检测光学元件曲率半径的误差分析[J].電子测量与仪器学报，2014（11）：1235-1241.

[2]党威武.三坐标测量机测量同轴度误差分析[J].新技术新工艺，2015（02）：138-139.

作者简介：许朝山（1990-），男，河北邢台人，大专，研究方向：工业产品检测。