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如何分析三坐標測量機的誤差
- 2020-09-07-

三坐標測量機誤差分析概述:

三坐標測量機的靜態誤差來源主要有:三坐標測量機本身的誤差,如導向機構的誤差(直線、回轉)、基準坐標係的變形、測頭誤差、標準量的誤差;與測量條件相關聯的各種因素引起的誤差,如測量環境的影響(溫度、塵埃等)、測量方法的影響以及一些不確定因素的影響等。

三坐標測量機的誤差源紛繁複雜,很難將它們一一檢測分離出來並加以修正,一般隻修正那些對三坐標測量機精度影響比較大的誤差源和那些比較容易分離的誤差源。目前研究較多的是三坐標測量機的機構誤差。生產實踐中使用的三坐標測量機絕大多數是正交坐標係三坐標測量機,對於一般的三坐標測量機而言,機構誤差主要是指直線運動部件誤差,包括定位誤差、直線度運動誤差、角運動誤差、以及垂直度誤差。


三坐標測量機主要誤差分析:

對三坐標測量機精度評定或實施誤差修正,要以坐標測量機固有誤差的模型為基礎,其中,必須給出各誤差項的定義,分析,傳遞及誤差合成後的總誤差。所謂的總誤差,在三坐標測量機的精度檢定中,是指反映坐標測量機精度特性的綜合誤差,即指示精度,重複精度等:在三坐標測量機的誤差修正技術中,則是指空間點的矢量誤差。


機構誤差分析

三坐標測量機的機構特征,導軌對被它引導的部件限製五個自由度,測量係統控製運動方向上的第六個自由度,因此導向部件在空間的位置,由導軌及其所屬的測量係統確定。


測頭誤差分析

三坐標測量機的測頭分為兩種:接觸式測頭按其結構又分為開關式(又稱觸發式或動態發訊式)和掃描式(又稱比例式或靜態發訊式)兩大類。開關式測頭的誤差由開關行程,測頭各向異性,開關行程分散性,複位死區等引起。掃描式測頭的誤差由測力一位移關係,位移一位移關係,交叉耦合幹擾等引起。

測頭的開關行程為測頭與工件接觸至測頭發訊,測頭所偏擺的一段距離。這是測頭的係統誤差。測頭的各向異性是開關行程在各個方向上的不一致性。它是係統誤差,但通常作隨機誤差處理。開關行程的分解性指重複測量時開關行程的離散程度。實際測量時,以某一方向開關行程的標準偏差計算。

複位死區指測頭測杆偏離平衡位置後,撤除外力,測杆在彈簧力的作用下複位,但由於摩擦力的作用,測杆不能回到原始位置,它與原始位置的偏差就是複位死區。


三坐標測量機的相對綜合測量誤差和空間誤差:

三坐標測量機的相對綜合誤差

所謂相對綜合誤差就是坐標測量機測量空間內點與點距離的測量值於真值之間的差,可用下式表示:

相對綜合誤差=距離測量值一距離真值

進行三坐標測量機額度驗收和定期檢定時,不需要精確知道測量空間內各個點的誤差,隻需要了解坐標測量工件的精度情況,這可采用三坐標測量機的相對綜合誤差來評定。

相對綜合誤差不直接反映誤差源和測量誤差,隻進行與距離有關的尺寸測量時反映誤差的大小,測量方法比較簡單。


三坐標測量機的空間矢量誤差

空間矢量誤差指的是坐標測量機測量空間內任意一點處的矢量誤差,它是測量空間內任意一個固定點在理想的直角坐標係中與三坐標測量機建立的實際坐標係中對應的三維坐標的差值。

理論上講,空間矢量誤差是該空間點的所有誤差通過矢量合成得到的綜合矢量誤差。通過空間矢量誤差可以直觀地了解坐標測量機測量誤差的大小,範圍及分布。


三坐標測量機的靜態誤差組成:

三坐標測量機的測量精度要求很高,且其部件繁多,結構複雜,影響測量誤差因素多。三坐標測量機這種多軸機器主要有以下四種的靜態誤差源:

(1)由於結構件(如導軌和測量係統)的有限精度造成的幾何誤差。這些誤差由這些結構件的製造精度和安裝維護中的調整精度來決定。

(2)與三坐標測量機的機構件的有限剛度有關的誤差。主要由移動部件的重量引起。這些誤差由結構件的剛度、重量和它們的配置來決定。

(3)熱誤差,例如單一溫度變化和溫度梯度引起的導軌的膨脹和彎曲。這些誤差由三坐標測量機的機器結構、材料特性和溫度分布決定,並受外熱源(如環境溫度)和內熱源(如驅動裝置)的影響。

(4)測頭與附件誤差,主要包括由於更換測頭、加接長杆、加接其它附件引起的測頭測端半徑的變化;測頭在不同方向和位置觸測時的各向異性誤差;分度台轉動帶來的誤差等。