浅谈影响三坐标测量机测量准确度的因素

    1　引　言

    随着现代工业生产和科学技术的发展,三坐标测量机在精密测量领域中越来越广泛的应用,它的重要地位正在逐渐的显现,尤其是在曲面及回转体工件测量方面三坐标测量机有着无可比拟的优越性,它具有准确度高、效率高、置信度高、软件功能齐全等优点。在实际测量过程中,应掌握三坐标测量机的性能指标、结构原理以及影响三坐标测量机测量准确度的因素,选择能够满足测量准确度要求的三坐标测量机,从而可以避免误差的引入。

    2　三坐标测量机的性能指标

    检定三坐标测量机的性能指标有:长度测量不确定度U1、U3和探测误差V1、V2、V3,这两个性能指标在德国标准VDI/VDE2617中有明确的描述,即:

    U1:分别在各个轴向上测量一组块规;U3:沿任意空间方向上测量一组块规;

    V1:为50个距离测量的平均值中的第三个最大偏差即重复性;

    V2:为在一圆上的50个单点探测中的第三个最大偏差即圆度;

    V3:为在一球面的50个单点探测中的第三个最大偏差即空间探测。

    如:Leitz PMM12106GA型三坐标测量机的测量不确定度U1(μm)、U3(μm)分别为0·4+L/1000、0·7+L/700和探测精度V1(μm)、V2(μm)、V3(μm)分别为0·2、0·4、0·4。ZeissUPMC 8126C 型三坐标测量机的测量不确定度U1(μm)、U3(μm)分别为0·5+L/900、0·8+L/600。要根据三坐标测量机的性能指标选择合适的三坐标测量机来满足工件的测量要求。以Φ20·0025的环规为例,在ZEISS UMC850三坐标测量机上进行检测,检测结果为最大点在90°:MAX=5·6μm,最小点在180°:MIN=4·4μm,与高精度万能测长仪所检测的结果一致。因此,选择ZEISS UMC850三坐标测量机是适用的。

    3　三坐标测量机的结构原理

    根据三坐标测量机的设计原理,定位检测系统误差应占三坐标测量机的测量不确定度的1/3~1/10。为了满足准确度要求,应考虑结构的类型,结构尽量满足变形最小的原则,尽量减少外界环境的影响。如ZEISS UPMC三坐标测量机为开式框架结构,触发式探头,移动龙门用钢铝合金材料制成以减少重量,而温度变动又造成非线性膨胀和结构变形,由于铝合金结构在长时间附载下不稳定,很难保持稳定性可靠。龙门移动式的优点是装卸工件时,龙门可移动到三坐标测量机的一侧,操作方便,承载能力强。缺点是单边驱动扭摆大,光栅偏置阿贝误差大,如图2所示。导轨表面在工作台上,驱动器和光栅尺位于三坐标测量机的一侧,为非平行移动,因而带来X轴方向上的移动误差,从而直接影响Y、Z方向的准确度。另外,开式气浮轴承对灰尘等脏物、气压变动较敏感,因而是保持测量室的清洁卫生,尤其是导轨移动的工作台面上。保持恒定的气压,减少测量误差。而Leitz PMM为封闭式框架结构如图3所示,导轨为较大的预负载气浮轴承导轨,为双重驱动系统,驱动器和光栅位于工作台的中心,花岗岩框架,消除了由温度变化而引起的结构变形,能够保证稳定性可靠。