原野

摘要：集光学、机械、电子、计算机和数控技术为一体的三坐标测量机属于自动化、高精度、多功能的接触式测量仪器。工业生产与科学技术不断发展下，也对三坐标测量机提出了更高的精度要求。以其误差类型及测量数据的影响作为研究对象，对其修正所具备的意义十分重要。三坐标测量机测量误差的产生有着较多的原因，对测量精度造成的影响也有很大区别，难以比较与评定，因此通常将机器精度、几何误差等作为主要检测内容。圆度是几何量测量中形状误差的主要参数之一，也是评定机械产品质量的一项重要的指标.由于圆的工件表面存在确定的随机波动，相对于尺寸的测量，需要提取多少测量要素才能准确地反映其特征大小是关键因素.因此，影响圆度误差检测精度的主要原因是选取采样点数及其分布.

关键词：三坐标测量机;采样点数;圆度误差;检测精度

三坐标测量机作为科学技术时代下的应用与测量仪器代表性设备，是以空间三个维度为依据进行测量范围的构建，在光栅尺和测头的运用下为扫描和读取提供精确性保障，在对生产部件曲面、长度、宽度和高度进行科学计算测量后，获取精确的位置公差、三维结构，以此精度测量加工与生产部件。

1三坐标测量机及其工作机理

三坐标测量机在空间三个相互垂直特点的运用下，结合导向设备引导方式，借助读数头实现数据获取，并在处理器的帮助下加工数据，随后在科学运算下可精确测量加工部件和机械零件。三坐标测量机具有自动化与数字化的优势，不但能将测量工作速度大幅度提升，同时还能推动测量工作质量的进一步提升，是当前设计、生产、加工及检验等工作领域中应用十分广泛的一种测量设备。

2三坐标测量机测量误差Fenix

2.1不合理的工作面选择引发的误差

此类误差主要引发原因在于不一致的数据采集和数学模型计算方法。具体实践中期望以被测要素进行数据采集，并以圆为依据对数据进行处理，然而实际采集中，因XY面处轴线有垂直偏移存在，以致于采集数据为椭圆，倘若以圆为依据进行处理，就会有一定的误差产生。

2.2三坐标测量机测头引发的误差

三坐标测量机测头可通过扫描测量工件表面，此类工作方式会影响测头表面，而当摩擦增加只有，测头也会有形变出现，尤其是个别硬度较高的材料会划伤三坐标测量机红宝石材料，如此一来三坐标测量机测头也就会有误差产生。同时，三坐标测量机测头时常会于温度不同的工件相接触，测头会出现热胀冷缩的状况。而红宝石尽管具有较高的强度，然而，在康温度变化这一物理性能方面却有些许不足存在，以致于红宝石会出现剧烈磨损甚至崩裂的情况，此时三坐标测量机测量也会有误差产生。

2.3三坐标测量机测圆度校正引发的误差

三坐标测量机测圆度校正有着一定的技术性要求，倘若有校正问题出现，就会影响三坐标测量机的应用，此时三坐标测量机也就会有测量误差产生。就测量直径校正而言，常见问题有：测点选择数量不足，在校正期间并未精度测圆半径等。此类问题会使三坐标测量机测圆精度受影响，进而产生测量误差。

2.4探针校准引发的误差

依据测量角度误差不难发现，测量期间需精度探针半径误差。结合标准可得到探针半径实际值，然而在校准中依然有误差存在。

2.5三坐标测量机测针长度引发的误差

三坐标测量机测针在具体测量实践中，随着测杆长度的提升，会产生更大的弯曲和偏斜问题。在校正测针之后，测量标准圆时，随着测针长度的提升测量结果也会产生更大的误差，同时当测量长度增加之后测量精度也会逐渐降低。因此，在各个工件特征的测量中长测杆并不适用。

3三坐标测量机误差精度方法研究

3.1采样点数的确定

传统的圆度测量主要依靠人工经验，效率较低和精度差.当采样点数较少时，圆度误差效率有所提高，但圆度误差评定的结果波动范围较大，极不稳定;若要同时保证圆度误差评定结果的精度和稳定性，需要采集更多点数，必然会导致检测效率的大大降低.因此，为了同时提高圆度误差的检测精度和检测效率，需要对采样点数进行研究.本文主要研究采样点数对圆度精度的影响，运用最小区域的圆度误差评定方法计算圆度误差值，采用统计分析的方法确定较优的采样点数。

3.2误差精度方法

（1）软件修正法精度。根据三坐标测量机的动态误差产生时间节点不同，可分为实时误差与非实时误差。实时误差的精度方法是对现场的误差数据即时地进行误差精度，这种方法误差修正精度较高，但需要系统具有伺服驱动，成本较高。非实时误差精度是对系统采集到的误差数据进行分析校正，这种方法成本低，应用较为广泛。采用软件修正的方法对三坐标测量机的动态误差进行非实时误差精度。该软件使用三次样条原理对误差进行插值计算，并绘出误差曲线图。根据样条函数理论，离散误差点样条函数的节点即是误差點，在三次样条函数拟合后，可以得到误差曲线的模型，拟合精度高，适用性强。

（2）测量力误差精度。测量机在测量过程中，由于受测量力的影响会产生弯曲变形，导致测杆偏离测量理论准确位置，导致测量误差的产生。

4标测量机测圆误差控制措施

首先需对三坐标测量机应用条件进行控制，尽量将三坐标测量机测圆损坏避免，测量高硬度部件时，实测工作的开展应采取氧化错测圆;其次，需对测量工件的温度进行控制，工件若是存在过高或是过低的问题，不能直接进行测量，测量工作需在温度稳定后再开始;再次，测量铝合金材料工件时，需将红宝石测头及时更换，以便为测量提供精度保障，并将红宝石受沾染而出现的经济损失避免;最后，测量铸铁工件时，测头应以氧化错为主，以便对测量精度进行有效控制，并节省测量成本。

值得一提的是，在控制三坐标测量机测圆度时，应以9点测量方法为主，通过测针组坐标原点的确定，推动校正精度的提升，并在标准圆测量下对测圆半径误差进行精度，如此即可推动三坐标测量机直径校正精确度的提升。

5结语

综上所述，在各类零件实施形位公差测量的过程中，采用同轴度检测方法，为提高实际测量的准确度，便需要从测量物大小、结构及形态方面进行综合分析，结合实际情况选择合理的方式，尽可能避免测量当中可能出现的各类问题，使检测结果的准确度得以提高，从而能够将被测物状态真实的反应出来。提高了检测效率，对圆度误差采样饱和研究方面具有指导意义.

参考文献：

[1]刘鹏，康秋红.三坐标测量机误差精度技术综述[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2008（03）：243-246.

[2]杨平.基于改进型圆杆仪的三坐标测量机空间误差标定技术研究[D].厦门：厦门大学，2017：6-7.

（作者单位：中车大连机车车辆有限公司）