三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圓度誤差檢測(cè)精度的影響

原野

摘要：集光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和數(shù)控技術(shù)為一體的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)屬于自動(dòng)化、高精度、多功能的接觸式測(cè)量?jī)x器。工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展下，也對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提出了更高的精度要求。以其誤差類型及測(cè)量數(shù)據(jù)的影響作為研究對(duì)象，對(duì)其修正所具備的意義十分重要。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量誤差的產(chǎn)生有著較多的原因，對(duì)測(cè)量精度造成的影響也有很大區(qū)別，難以比較與評(píng)定，因此通常將機(jī)器精度、幾何誤差等作為主要檢測(cè)內(nèi)容。圓度是幾何量測(cè)量中形狀誤差的主要參數(shù)之一，也是評(píng)定機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)重要的指標(biāo).由于圓的工件表面存在確定的隨機(jī)波動(dòng)，相對(duì)于尺寸的測(cè)量，需要提取多少測(cè)量要素才能準(zhǔn)確地反映其特征大小是關(guān)鍵因素.因此，影響圓度誤差檢測(cè)精度的主要原因是選取采樣點(diǎn)數(shù)及其分布.

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī);采樣點(diǎn)數(shù);圓度誤差;檢測(cè)精度

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為科學(xué)技術(shù)時(shí)代下的應(yīng)用與測(cè)量?jī)x器代表性設(shè)備，是以空間三個(gè)維度為依據(jù)進(jìn)行測(cè)量范圍的構(gòu)建，在光柵尺和測(cè)頭的運(yùn)用下為掃描和讀取提供精確性保障，在對(duì)生產(chǎn)部件曲面、長(zhǎng)度、寬度和高度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算測(cè)量后，獲取精確的位置公差、三維結(jié)構(gòu)，以此精度測(cè)量加工與生產(chǎn)部件。

1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及其工作機(jī)理

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在空間三個(gè)相互垂直特點(diǎn)的運(yùn)用下，結(jié)合導(dǎo)向設(shè)備引導(dǎo)方式，借助讀數(shù)頭實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取，并在處理器的幫助下加工數(shù)據(jù)，隨后在科學(xué)運(yùn)算下可精確測(cè)量加工部件和機(jī)械零件。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有自動(dòng)化與數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)，不但能將測(cè)量工作速度大幅度提升，同時(shí)還能推動(dòng)測(cè)量工作質(zhì)量的進(jìn)一步提升，是當(dāng)前設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工及檢驗(yàn)等工作領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的一種測(cè)量設(shè)備。

2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量誤差Fenix

2.1不合理的工作面選擇引發(fā)的誤差

此類誤差主要引發(fā)原因在于不一致的數(shù)據(jù)采集和數(shù)學(xué)模型計(jì)算方法。具體實(shí)踐中期望以被測(cè)要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并以圓為依據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然而實(shí)際采集中，因XY面處軸線有垂直偏移存在，以致于采集數(shù)據(jù)為橢圓，倘若以圓為依據(jù)進(jìn)行處理，就會(huì)有一定的誤差產(chǎn)生。

2.2三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭引發(fā)的誤差

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭可通過掃描測(cè)量工件表面，此類工作方式會(huì)影響測(cè)頭表面，而當(dāng)摩擦增加只有，測(cè)頭也會(huì)有形變出現(xiàn)，尤其是個(gè)別硬度較高的材料會(huì)劃傷三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)紅寶石材料，如此一來三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭也就會(huì)有誤差產(chǎn)生。同時(shí)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)頭時(shí)常會(huì)于溫度不同的工件相接觸，測(cè)頭會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的狀況。而紅寶石盡管具有較高的強(qiáng)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(huì)出現(xiàn)劇烈磨損甚至崩裂的情況，此時(shí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量也會(huì)有誤差產(chǎn)生。

2.3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)圓度校正引發(fā)的誤差

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)圓度校正有著一定的技術(shù)性要求，倘若有校正問題出現(xiàn)，就會(huì)影響三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用，此時(shí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也就會(huì)有測(cè)量誤差產(chǎn)生。就測(cè)量直徑校正而言，常見問題有：測(cè)點(diǎn)選擇數(shù)量不足，在校正期間并未精度測(cè)圓半徑等。此類問題會(huì)使三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)圓精度受影響，進(jìn)而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

2.4探針校準(zhǔn)引發(fā)的誤差

依據(jù)測(cè)量角度誤差不難發(fā)現(xiàn)，測(cè)量期間需精度探針半徑誤差。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)可得到探針半徑實(shí)際值，然而在校準(zhǔn)中依然有誤差存在。

2.5三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針長(zhǎng)度引發(fā)的誤差

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針在具體測(cè)量實(shí)踐中，隨著測(cè)桿長(zhǎng)度的提升，會(huì)產(chǎn)生更大的彎曲和偏斜問題。在校正測(cè)針之后，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)圓時(shí)，隨著測(cè)針長(zhǎng)度的提升測(cè)量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生更大的誤差，同時(shí)當(dāng)測(cè)量長(zhǎng)度增加之后測(cè)量精度也會(huì)逐漸降低。因此，在各個(gè)工件特征的測(cè)量中長(zhǎng)測(cè)桿并不適用。

3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)誤差精度方法研究

3.1采樣點(diǎn)數(shù)的確定

傳統(tǒng)的圓度測(cè)量主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)，效率較低和精度差.當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，圓度誤差效率有所提高，但圓度誤差評(píng)定的結(jié)果波動(dòng)范圍較大，極不穩(wěn)定;若要同時(shí)保證圓度誤差評(píng)定結(jié)果的精度和穩(wěn)定性，需要采集更多點(diǎn)數(shù)，必然會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)效率的大大降低.因此，為了同時(shí)提高圓度誤差的檢測(cè)精度和檢測(cè)效率，需要對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)進(jìn)行研究.本文主要研究采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圓度精度的影響，運(yùn)用最小區(qū)域的圓度誤差評(píng)定方法計(jì)算圓度誤差值，采用統(tǒng)計(jì)分析的方法確定較優(yōu)的采樣點(diǎn)數(shù)。

3.2誤差精度方法

（1）軟件修正法精度。根據(jù)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同，可分為實(shí)時(shí)誤差與非實(shí)時(shí)誤差。實(shí)時(shí)誤差的精度方法是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的誤差數(shù)據(jù)即時(shí)地進(jìn)行誤差精度，這種方法誤差修正精度較高，但需要系統(tǒng)具有伺服驅(qū)動(dòng)，成本較高。非實(shí)時(shí)誤差精度是對(duì)系統(tǒng)采集到的誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析校正，這種方法成本低，應(yīng)用較為廣泛。采用軟件修正的方法對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行非實(shí)時(shí)誤差精度。該軟件使用三次樣條原理對(duì)誤差進(jìn)行插值計(jì)算，并繪出誤差曲線圖。根據(jù)樣條函數(shù)理論，離散誤差點(diǎn)樣條函數(shù)的節(jié)點(diǎn)即是誤差點(diǎn)，在三次樣條函數(shù)擬合后，可以得到誤差曲線的模型，擬合精度高，適用性強(qiáng)。

（2）測(cè)量力誤差精度。測(cè)量機(jī)在測(cè)量過程中，由于受測(cè)量力的影響會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，導(dǎo)致測(cè)桿偏離測(cè)量理論準(zhǔn)確位置，導(dǎo)致測(cè)量誤差的產(chǎn)生。

4標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)圓誤差控制措施

首先需對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用條件進(jìn)行控制，盡量將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)圓損壞避免，測(cè)量高硬度部件時(shí)，實(shí)測(cè)工作的開展應(yīng)采取氧化錯(cuò)測(cè)圓;其次，需對(duì)測(cè)量工件的溫度進(jìn)行控制，工件若是存在過高或是過低的問題，不能直接進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量工作需在溫度穩(wěn)定后再開始;再次，測(cè)量鋁合金材料工件時(shí)，需將紅寶石測(cè)頭及時(shí)更換，以便為測(cè)量提供精度保障，并將紅寶石受沾染而出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)損失避免;最后，測(cè)量鑄鐵工件時(shí)，測(cè)頭應(yīng)以氧化錯(cuò)為主，以便對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行有效控制，并節(jié)省測(cè)量成本。

值得一提的是，在控制三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)圓度時(shí)，應(yīng)以9點(diǎn)測(cè)量方法為主，通過測(cè)針組坐標(biāo)原點(diǎn)的確定，推動(dòng)校正精度的提升，并在標(biāo)準(zhǔn)圓測(cè)量下對(duì)測(cè)圓半徑誤差進(jìn)行精度，如此即可推動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)直徑校正精確度的提升。

5結(jié)語

綜上所述，在各類零件實(shí)施形位公差測(cè)量的過程中，采用同軸度檢測(cè)方法，為提高實(shí)際測(cè)量的準(zhǔn)確度，便需要從測(cè)量物大小、結(jié)構(gòu)及形態(tài)方面進(jìn)行綜合分析，結(jié)合實(shí)際情況選擇合理的方式，盡可能避免測(cè)量當(dāng)中可能出現(xiàn)的各類問題，使檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度得以提高，從而能夠?qū)⒈粶y(cè)物狀態(tài)真實(shí)的反應(yīng)出來。提高了檢測(cè)效率，對(duì)圓度誤差采樣飽和研究方面具有指導(dǎo)意義.

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鵬，康秋紅.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)誤差精度技術(shù)綜述[J].重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（03）：243-246.

[2]楊平.基于改進(jìn)型圓桿儀的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間誤差標(biāo)定技術(shù)研究[D].廈門：廈門大學(xué)，2017：6-7.

（作者單位：中車大連機(jī)車車輛有限公司）