刘红刚

（陕西西安市西安飞机工业公司，陕西 西安 710089）

三坐标测量机的综合精度直接影响了零件检测的准确性。三坐标测量机的综合误差一般由21项误差组成，包括测量机的各轴直线度、垂直度、角摆、自转、示值误差等。其中，任何一项误差超标都会造成测量机综合精度失准，因此，在大修改造时，需要对三坐标测量机21项误差中的每项进行检测并修正到要求的精度指标范围内。其中，自转误差是一个非常重要且容易被大家忽视的检测项目。笔者针对测量机各轴自转误差的检测提出了自己的一点建议和方法。

1 自转误差来源

三坐标测量机自转误差是引起测量机综合误差的重要一项。三坐标测量机的每个运动轴在向前运动过程中轴本身绕自身轴线也有微小的旋转，这种旋转引起的误差看似难以理解，但的确会对测量机最终的综合精度造成一定的影响，为了消除这种绕自身旋转而引起的自转误差，就需要对三坐标测量机的自转误差进行检测并修正。由于每个轴都是依靠气浮导轨来运动的，而气浮导轨本身就有一定的直线度误差，这种直线度误差导致轴在运动时会有一定的绕自身旋转的误差产生，因此产生了自转误差。这种自转误差的检测修正一般在三坐标测量机首次安装或经过大修改造时需要进行，自转误差属于静态精度误差修正的一项，而且是修正测量机综合误差的重要影响因素。如果安装或大修后没有对自转误差进行准确的检测并修正，则后期综合精度超差将是一个非常棘手的问题，整个三坐标测量机的精度调试有可能推倒重来，因此，我们必须在精度调试的开始阶段就做好测量机自转的精度检测修正。测量机每个轴都有自转误差，因为它比较抽象，不像示值精度那样直观，因此检测难度比较大，对检测标准设备的要求较高。

2 自转误差的激光检测方法

自转误差的激光检测方法可以借助激光干涉仪直线度组合镜头进行，它的检测和直线度检测的方法有一定的联系，因为直线度本身也是检测轴运动过程中在某一个方向上的偏移量，如果以不同的偏置长度检测两次直线度，分析直线度检测结果的不同，就可以得出此轴自转引起的误差大小。每个轴的自转校准方法不同，以下分轴来描述。

2.1 X轴自转精度的激光检测方法

三坐标测量机X轴自转的检测方法为：进行X轴直线度检测，干涉镜安装在Z轴下端，做完X轴的直线度Dxz之后，激光头和激光反射镜不动，只需要将检测直线度的激光干涉镜换装在一个较长的杆上（杆长大约300 mm即可），杆伸向测量机的Y+方向，即正面前端，其他不变，重新对好激光光路，在此位置再进行一次直线度检测，记录2次直线度的检测数据。

做X轴自转的关键是保持激光头和激光反射镜不动，只加长激光干涉镜到Z轴轴心之间的距离，通过这样与Z轴中心的距离差来分析出X轴运动的自转补偿数据，直线度的反射镜需要安装在沿Z轴方向（竖直方向），做的是X轴在Z方向的直线度。通过进行2次不同长度的X对Z的直线度，分析得出X轴的自转精度误差修正值，将此数据输入三坐标测量机的补偿表中，完成X轴自转的精度修正。

2.2 Y轴自转精度的激光检测方法

三坐标测量机Y轴自转和X轴自转的检测方法有所不同，按要求是先检测测量机长轴Y轴主腿一侧对的直线度Dyz，做完后，测量机Z轴直接移动到副腿一侧，激光头同样移动到副腿一侧再做一次副腿一侧的直线度，记录两次的直线度检测数据，这样就完成了Y轴的自转检测，两次直线度的检测数据进行分析作为Y轴自转的精度补偿数据填写到补偿表中进行精度补偿。需要注意的是必须做Y轴在Z方向上的直线度Dyz，直线度的反射镜应该竖直放置。

2.3 Z轴自转精度的激光检测

测量机Z轴自转同样是进行2次Z轴运动在X方向上的直线度。激光头、反射镜、直角转换镜按直线度的检测要求进行安装，第一次的检测位置在距离Z轴中心线150 mm处进行，用一个长150 mm的杆安装的Z轴下端伸向机床的Y+方向，在杆上安装干涉镜，进行完第一次的Z相对于X轴的直线度Dzx后，直接将150 mm的杆换成300 mm；再进行一次Z方向上的直线度Dzx，两次的方法完全相同，只是干涉镜的安装位置有区别，干涉镜安装在长300 mm的杆上，检测轴线距离Z轴中心的位置有了变化，干涉镜安装的位置离Z轴的中心位置有一个长度偏置量，两次直线度检测结果的数据经过分析作为Z轴自转的修正数据，就完成了Z轴方向的自转检测。注意在进行Z轴自转时，反射镜的方向是沿横梁方向放置，即需要做两次直线度来分析。

在不具备激光干涉仪检测条件的情况下，我们还可以使用普通的电子水平仪检测自转误差，作为我们判断测量机综合误差来源的一个简易方法。在测量机Z轴下端安装一个平板，电子水平仪放置在Z轴下端的平板上，电子水平仪置0，测量机所检测轴以一定的跨距运行（通常100 mm的跨距），记录下该轴每个跨距停留位置处电子水平仪的读数，运行完一个单向行程后，测量机回到起始点，电子水平仪旋转180°重新按指定的跨距运行一个单向，记录每个跨距停留处的电子水平仪的数值，两次检测的数值经过分析作为测量机自转检测的补偿数据。用电子水平仪检测自转误差，同样需要判断误差补偿方向，以免补偿错误使误差更大。

3 结论

我们通过此方法的实际检测，能很好地检测出自转误差的大小，从而确定综合误差的来源，更好地对测量机的综合误差进行修正。三坐标测量机自转误差的检测非常重要，它是判断综合误差来源的重要依据。只有正确进行了自转误差补偿，可以最大限度地减小综合误差。自转误差检测时特别要注意各个轴的相对关系，以免得出错误的数据，作为误差补偿数据时，要注意判断方向，准确给出补偿的正负值，不能补偿到相反的方向，反而使得误差更大，影响测量机的综合误差。

以上是三坐标测量机自转误差检测方面的一点建议，希望能对大家有所帮助，不足之处请批评指正。

参考文献：

［1］许琼方，郭蓉.探究模具制造或设计环节涉及到的三坐标测量［J］.中国高新区，2017（15）：39.

［2］王秀伟.三坐标测量中的误差分析［J］.中国设备工程，2017（11）：102-103.

［3］翁剑成，魏茂源，刘周林.基于孔补偿的三坐标测量臂误差研究及应用［J］.工具技术，2017，51（05）：118-121.

［4］李畅，王继武.利用三坐标测量逆向进行模具制作的应用［J］.内燃机与配件，2017（09）：69-71.

［5］周炯鋆，倪一超.使用三坐标测量圆锥上定尺寸圆的斜向圆跳动的测量方法［J］.价值工程，2017，36（10）：144-145.