三坐標測量機采樣點數對圓度誤差檢測精度的影響

原野

摘要：集光學、機械、電子、計算機和數控技術為一體的三坐標測量機屬于自動化、高精度、多功能的接觸式測量儀器。工業生產與科學技術不斷發展下，也對三坐標測量機提出了更高的精度要求。以其誤差類型及測量數據的影響作為研究對象，對其修正所具備的意義十分重要。三坐標測量機測量誤差的產生有著較多的原因，對測量精度造成的影響也有很大區別，難以比較與評定，因此通常將機器精度、幾何誤差等作為主要檢測內容。圓度是幾何量測量中形狀誤差的主要參數之一，也是評定機械產品質量的一項重要的指標.由于圓的工件表面存在確定的隨機波動，相對于尺寸的測量，需要提取多少測量要素才能準確地反映其特征大小是關鍵因素.因此，影響圓度誤差檢測精度的主要原因是選取采樣點數及其分布.

關鍵詞：三坐標測量機;采樣點數;圓度誤差;檢測精度

三坐標測量機作為科學技術時代下的應用與測量儀器代表性設備，是以空間三個維度為依據進行測量范圍的構建，在光柵尺和測頭的運用下為掃描和讀取提供精確性保障，在對生產部件曲面、長度、寬度和高度進行科學計算測量后，獲取精確的位置公差、三維結構，以此精度測量加工與生產部件。

1三坐標測量機及其工作機理

三坐標測量機在空間三個相互垂直特點的運用下，結合導向設備引導方式，借助讀數頭實現數據獲取，并在處理器的幫助下加工數據，隨后在科學運算下可精確測量加工部件和機械零件。三坐標測量機具有自動化與數字化的優勢，不但能將測量工作速度大幅度提升，同時還能推動測量工作質量的進一步提升，是當前設計、生產、加工及檢驗等工作領域中應用十分廣泛的一種測量設備。

2三坐標測量機測量誤差Fenix

2.1不合理的工作面選擇引發的誤差

此類誤差主要引發原因在于不一致的數據采集和數學模型計算方法。具體實踐中期望以被測要素進行數據采集，并以圓為依據對數據進行處理，然而實際采集中，因XY面處軸線有垂直偏移存在，以致于采集數據為橢圓，倘若以圓為依據進行處理，就會有一定的誤差產生。

2.2三坐標測量機測頭引發的誤差

三坐標測量機測頭可通過掃描測量工件表面，此類工作方式會影響測頭表面，而當摩擦增加只有，測頭也會有形變出現，尤其是個別硬度較高的材料會劃傷三坐標測量機紅寶石材料，如此一來三坐標測量機測頭也就會有誤差產生。同時，三坐標測量機測頭時常會于溫度不同的工件相接觸，測頭會出現熱脹冷縮的狀況。而紅寶石盡管具有較高的強度，然而，在康溫度變化這一物理性能方面卻有些許不足存在，以致于紅寶石會出現劇烈磨損甚至崩裂的情況，此時三坐標測量機測量也會有誤差產生。

2.3三坐標測量機測圓度校正引發的誤差

三坐標測量機測圓度校正有著一定的技術性要求，倘若有校正問題出現，就會影響三坐標測量機的應用，此時三坐標測量機也就會有測量誤差產生。就測量直徑校正而言，常見問題有：測點選擇數量不足，在校正期間并未精度測圓半徑等。此類問題會使三坐標測量機測圓精度受影響，進而產生測量誤差。

2.4探針校準引發的誤差

依據測量角度誤差不難發現，測量期間需精度探針半徑誤差。結合標準可得到探針半徑實際值，然而在校準中依然有誤差存在。

2.5三坐標測量機測針長度引發的誤差

三坐標測量機測針在具體測量實踐中，隨著測桿長度的提升，會產生更大的彎曲和偏斜問題。在校正測針之后，測量標準圓時，隨著測針長度的提升測量結果也會產生更大的誤差，同時當測量長度增加之后測量精度也會逐漸降低。因此，在各個工件特征的測量中長測桿并不適用。

3三坐標測量機誤差精度方法研究

3.1采樣點數的確定

傳統的圓度測量主要依靠人工經驗，效率較低和精度差.當采樣點數較少時，圓度誤差效率有所提高，但圓度誤差評定的結果波動范圍較大，極不穩定;若要同時保證圓度誤差評定結果的精度和穩定性，需要采集更多點數，必然會導致檢測效率的大大降低.因此，為了同時提高圓度誤差的檢測精度和檢測效率，需要對采樣點數進行研究.本文主要研究采樣點數對圓度精度的影響，運用最小區域的圓度誤差評定方法計算圓度誤差值，采用統計分析的方法確定較優的采樣點數。

3.2誤差精度方法

（1）軟件修正法精度。根據三坐標測量機的動態誤差產生時間節點不同，可分為實時誤差與非實時誤差。實時誤差的精度方法是對現場的誤差數據即時地進行誤差精度，這種方法誤差修正精度較高，但需要系統具有伺服驅動，成本較高。非實時誤差精度是對系統采集到的誤差數據進行分析校正，這種方法成本低，應用較為廣泛。采用軟件修正的方法對三坐標測量機的動態誤差進行非實時誤差精度。該軟件使用三次樣條原理對誤差進行插值計算，并繪出誤差曲線圖。根據樣條函數理論，離散誤差點樣條函數的節點即是誤差點，在三次樣條函數擬合后，可以得到誤差曲線的模型，擬合精度高，適用性強。

（2）測量力誤差精度。測量機在測量過程中，由于受測量力的影響會產生彎曲變形，導致測桿偏離測量理論準確位置，導致測量誤差的產生。

4標測量機測圓誤差控制措施

首先需對三坐標測量機應用條件進行控制，盡量將三坐標測量機測圓損壞避免，測量高硬度部件時，實測工作的開展應采取氧化錯測圓;其次，需對測量工件的溫度進行控制，工件若是存在過高或是過低的問題，不能直接進行測量，測量工作需在溫度穩定后再開始;再次，測量鋁合金材料工件時，需將紅寶石測頭及時更換，以便為測量提供精度保障，并將紅寶石受沾染而出現的經濟損失避免;最后，測量鑄鐵工件時，測頭應以氧化錯為主，以便對測量精度進行有效控制，并節省測量成本。

值得一提的是，在控制三坐標測量機測圓度時，應以9點測量方法為主，通過測針組坐標原點的確定，推動校正精度的提升，并在標準圓測量下對測圓半徑誤差進行精度，如此即可推動三坐標測量機直徑校正精確度的提升。

5結語

綜上所述，在各類零件實施形位公差測量的過程中，采用同軸度檢測方法，為提高實際測量的準確度，便需要從測量物大小、結構及形態方面進行綜合分析，結合實際情況選擇合理的方式，盡可能避免測量當中可能出現的各類問題，使檢測結果的準確度得以提高，從而能夠將被測物狀態真實的反應出來。提高了檢測效率，對圓度誤差采樣飽和研究方面具有指導意義.

參考文獻：

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（作者單位：中車大連機車車輛有限公司）