三坐標(biāo)測量機測量誤差分析及補償方法

摘 要：三坐標(biāo)測量機是一項通用性較高的測量設(shè)備，在機械、電子領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛，但在實際應(yīng)用角度上，該測量設(shè)備卻始終存在測量誤差問題，為了應(yīng)對該設(shè)備的誤差問題，本文對三坐標(biāo)測量機測量誤差分析及補償方法進行分析，主要了解該設(shè)備誤差分類，再提出針對性的誤差分析及補償方法。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測量機；準(zhǔn)靜態(tài)誤差；動態(tài)誤差；補償

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

0 引言

作為高精度測量設(shè)備，三坐標(biāo)測量機的誤差問題一直存在，使得測量結(jié)果出現(xiàn)了可靠性不足的問題，那么為了進一步提高該設(shè)備的應(yīng)用價值，有相關(guān)學(xué)者針對三坐標(biāo)測量機的各類誤差，提出了相對的補償方法，理論上可以消除各類誤差，得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

1 三坐標(biāo)測量機常見誤差類型

在相關(guān)理論基礎(chǔ)上，三坐標(biāo)測量機的誤差類型可以分為兩類，即靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差，其中靜態(tài)誤差的特點在于其誤差值會始終保持在穩(wěn)定水平，而動態(tài)誤差則會隨著存在時間的增長而增加，所以在誤差補償角度上，應(yīng)當(dāng)先對兩種誤差進行了解，再選擇相應(yīng)的方法。下文將介紹三坐標(biāo)測量機靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差的產(chǎn)生原因以及事例表現(xiàn)。

（1）靜態(tài)誤差。三坐標(biāo)測量機的靜態(tài)誤差產(chǎn)生原因一般在于：外部因素對設(shè)備結(jié)構(gòu)造成了瞬時性影響，此類影響帶來的誤差因為影響轉(zhuǎn)瞬即逝，所以不容易發(fā)生變化，但這一表現(xiàn)不代表靜態(tài)誤差的影響力不大，因為在通常情況下靜態(tài)誤差的誤差值要大于動態(tài)誤差的初始值，乃至動態(tài)誤差經(jīng)過一段時間發(fā)展后也無法超過靜態(tài)誤差值，所以應(yīng)當(dāng)對靜態(tài)誤差保持重視。在事例上，在三坐標(biāo)測量機測量當(dāng)中，其側(cè)頭測針存在磨損現(xiàn)象，此時就會形成靜態(tài)誤差[1]。

（2）動態(tài)誤差。三坐標(biāo)測量機動態(tài)誤差的產(chǎn)生原因有很多，例如溫度、灰塵、人工等外在因素，此類誤差在大部分情況下都會隨著時間的延長而增加誤差值，但在特殊情況下會表現(xiàn)出不穩(wěn)定的動態(tài)化表現(xiàn)。在事例上，在三坐標(biāo)測量機測量當(dāng)中，周邊的溫度、灰塵會隨著時間累積而增長，相應(yīng)引起的測量誤差值也會隨之增長，這即為動態(tài)誤差的常規(guī)表現(xiàn)；在人工因素下，介于人工不穩(wěn)定性的特征，其采點測量速度會不平衡，但具體表現(xiàn)卻無法預(yù)測，由此就形成了不穩(wěn)定的動態(tài)誤差表現(xiàn)[2]。

此外，在靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差的綜合角度上，靜態(tài)誤差本身雖然不會因為時間增長而發(fā)生變化，但在其他因素條件下，其會出現(xiàn)動態(tài)性表現(xiàn)，例如側(cè)頭測針磨損現(xiàn)象就會在長期應(yīng)用當(dāng)中愈發(fā)嚴(yán)重，這即為一種動態(tài)性表現(xiàn)，針對這一現(xiàn)象，在誤差補償中影響以當(dāng)前靜態(tài)誤差值為基準(zhǔn)來進行計算，以保障計算結(jié)果準(zhǔn)確性。

2 三坐標(biāo)測量機常見誤差補償方法

結(jié)合相關(guān)理論得知，三坐標(biāo)測量機誤差補償方法主要有三種，即溫度補償法、軟件修正補償法、測量力誤差補償法，對此下文將進行相關(guān)分析。

2.1 溫度補償法

溫度是引起三坐標(biāo)測量機誤差的重要因素，且在此因素條件下，靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差可能同時存在，所以在測量當(dāng)中采用溫度補償法是消除測量誤差的重要舉措。在相關(guān)理論當(dāng)中，溫度補償法分為三個部分，即標(biāo)溫下結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定、溫度實時采集、誤差系數(shù)補償，下文將對三個步驟的具體內(nèi)容進行分析。

（1）標(biāo)溫下結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定。在溫度引起的靜態(tài)誤差當(dāng)中，需要先確認(rèn)正常溫度條件下，設(shè)備最低誤差參數(shù)，即三坐標(biāo)測量機未受溫度影響之前，其所有結(jié)構(gòu)的參數(shù)數(shù)值，確認(rèn)之后即可得到一個標(biāo)準(zhǔn)的對比參數(shù)集，主要用于之后的誤差值對比當(dāng)中。

（2）溫度實時采集。在完成上述參數(shù)標(biāo)定工作之后，需要對當(dāng)前存在溫度誤差的三坐標(biāo)測量機。依照標(biāo)定參數(shù)集中的每個參數(shù)項進行實際測量、采集，以得到設(shè)備當(dāng)前的參數(shù)集合。之后將參數(shù)標(biāo)定結(jié)果與實際采集結(jié)果相互對比，即可得到當(dāng)前三坐標(biāo)測量機誤差與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)之間的差距，以供后續(xù)補償查閱、調(diào)整。

（3）誤差系數(shù)補償。根據(jù)上述溫度實時采集與標(biāo)定參數(shù)的對比結(jié)果，可以采用溫度熱變形誤差公式來進行補償，在補償過程當(dāng)中，要將對比得出的三坐標(biāo)測量機實際誤差與參數(shù)誤差的比值代入公式當(dāng)中，通過數(shù)值補償將設(shè)備參數(shù)調(diào)整到與標(biāo)定參數(shù)一致的水平下即可。

此外，介于上述分析可見，溫度補償法的應(yīng)用相對復(fù)雜，且需要進行多項對比，那么為了保障該方法應(yīng)用順利，本文建議采用仿真軟件來模擬標(biāo)定參數(shù)設(shè)備與誤差設(shè)備，以此得到兩個模型，借助模型的直觀性可以簡化其中計算過程。

2.2 軟件修正補償法

軟件修正補償法是一種針對三坐標(biāo)測量機動態(tài)誤差來進行補償?shù)姆椒ǎ趯嶋H應(yīng)用當(dāng)中十分常見。具體應(yīng)用上，介于上述動態(tài)誤差的溫度、灰塵、人工分析結(jié)果可見，動態(tài)誤差可以被分為兩個類型，這兩個類型被稱為實時性動態(tài)誤差、非實時性動態(tài)誤差，那么針對實時性動態(tài)誤差，在軟件修正補償法當(dāng)中，直接對現(xiàn)場誤差數(shù)據(jù)進行調(diào)整，使其與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)一致即可；針對非實時性誤差，則利用采集系統(tǒng)來獲得設(shè)備當(dāng)前誤差系數(shù)，再結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)進行矯正即可。

2.3 測量力誤差補償法

在三坐標(biāo)測量機應(yīng)用當(dāng)中，如果其測量力存在異常容易導(dǎo)致側(cè)桿彎曲，相應(yīng)引起誤差現(xiàn)象，此類誤差屬于非實時性動態(tài)誤差，那么針對此類誤差，除了上述提到的軟件修正補償法以外，還可以采用測量力誤差補償法來進行調(diào)整。具體應(yīng)用當(dāng)中，首先利用仿真軟件（或其他建模軟件）來建立三坐標(biāo)測量機的側(cè)頭、側(cè)桿結(jié)構(gòu)模型，其次將當(dāng)前測量力輸入模型當(dāng)中，查看側(cè)桿是否彎曲、彎曲程度，如果存在彎曲，則減弱模型中的測量力，直至側(cè)桿不彎曲，且滿足測量需求位置，最終將模型測量力參數(shù)輸入三坐標(biāo)測量機當(dāng)中即可起到應(yīng)有效果。

3 結(jié)語

本文主要對三坐標(biāo)測量機測量誤差分析及補償方法進行了分析，分析首先圍繞三坐標(biāo)測量機常見誤差類型進行了介紹，此舉主要為了給之后補償方法分析提供基礎(chǔ)。其次圍繞誤差分析結(jié)果，介紹了三種誤差補償方法，對這些方法的應(yīng)用原理進行了分析。

參考文獻：

[1]彭利榮，王東方，馬占龍等.三坐標(biāo)檢測光學(xué)元件曲率半徑的誤差分析[J].電子測量與儀器學(xué)報，2014（11）：1235-1241.

[2]黨威武.三坐標(biāo)測量機測量同軸度誤差分析[J].新技術(shù)新工藝，2015（02）：138-139.

作者簡介：許朝山（1990-），男，河北邢臺人，大專，研究方向：工業(yè)產(chǎn)品檢測。