三坐标测量机工作台面的检定及补偿

    0　引言

    检测系统本身的精度直接影响着被测工件的精度。因此,必须保证检测系统有高的精度。提高检测系统精度的方法通常有两种途径:①提高检测系统的制造精度;②对现存的误差进行修正补偿[1,2]。前一种方法不仅增加了成本,而且对检测设备制造商的设备和操作者都有较高的要求,在经济和技术上都得不偿失。而后一种方法可有效地克服这些缺点,也避免了重新购置新设备所需的费用,具有良好的技术经济效益。

    本文结合一项国家重点课题,对光电非接触三坐标测量机的工作台面与XOY移动平面的平行度进行检测,然后采用误差补偿的方法对实验结果进行处理及分析,从而使工作台满足设计要求。

    1　技术要求及检测方案

    1.1　技术要求

    根据三坐标测量机的总体设计精度要求,提出工作台面与XOY移动平面的平行度设计指标为:5+200μm。其中,L为检测长度。取L =500mm,则平行度为7.5μm。

    1.2　检测方案

    根据技术要求及三坐标测量机的检定规程,气浮工作台的平行度检测方案如下:

    (1)检定工具

    千分表,20mm的四等量块

    (2)检定方法

    如图1所示,将千分表固定在Z坐标轴上,把四等量块放在工作台上,然后按照一定的间距移动X和Y的位置,测量工作台面上20个点的Z值。

    2　实验结果处理及分析

    根据检测方案,对工作台面上的每个检测点分别进行了三次检测,取三次结果的平均值作为每一点的测得值。由测得值计算出样本标准差σ,判断工作台面是否合格。若不合格,则通过误差补偿的方法,先设定补偿平面上的一点,然后求通过该点分别与XOZ和YOZ平面相平行的直线与XOY平面的夹角,最后根据此点及两个夹角确定补偿平面,从而使工作台满足设计要求。

    下面对测量结果进行处理及分析。根据测得的数据得各检测点的残差(每一点的测得值与测得值的平均值之差)表,见表1所示。

　则样本标准差σ=vin-1=1271.1219=8.2μm[3]

    根据国际标准化组织(ISO)建议,量仪的测量误差为±2σ,则工作台平面与X、Y移动平面的平行度的误差范围为4σ=32.8μm。参照1.1中的技术指标为7.5μm,此项显然超差。但是由于测量值具有明显的规律性,我们可以对工作台平面进行补偿,看一看补偿后的测量值是否满足技术要求。

    (1)首先设定补偿平面P上的一个点M

    把测量结果分成5行4列,对于每一列,从第一行到第五行数据逐渐增大。而对于每一行,数据从第一列到第四列逐渐减小。则我们可以假定补偿平面P通过工作台平面的中点M(x0,y0,z0),其中x0=250.0×103μm,y0=195.0×103μm,z0为测量结果的平均值,即z0=33.3μm。