三坐标测量机动态误差研究分析

　　1　引　　言

　　三坐标测量机作为近40年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器,已越来越显示它的重要性和广阔的发展前景。现代制造业的发展对三坐标测量机提出了更高的速度和精度要求。越来越多的CMM作为现代制造计量整合系统的一部分被置与工业现场,速度成为了衡量测量机性能的关键因素。因此,各国测量机生产商纷纷推出高速三坐标测量机,以应用最为广泛的移动桥式三坐标测量机为例:意大利Coord3公司推出的精度为1.9+L/400μm的AXIA型号测量机速度达0.87m/s,加速度达2.6m/s2;德国Leitz公司推出精度为1.5+L/300μm的PMM-F型测量机速度达0.65m/s,加速度达3.0m/s2;瑞士CEJOHANS-SON公司推出的精度为1.9+L/400μm的JohanssonOpal测量机速度更是达到了1.7m/s,加速度为2.0m/s2。

　　随着测量机速度的加快,动态误差成为影响测量精度的主要因素,并使速度与精度构成了一对矛盾。如何克服这个矛盾,已成为测量机研究领域的一个重要课题。深入研究三坐标测量机的动态误差及其处理方法,无论是对提高测量机高速测量下的动态精度还是对改进高速测量机的设计都有十分重要的意义。

　　就目前而言,人们对测量机动态误差的研究远不如对静态误差的研究那样深入,原因是多方面的:其一,长期以来,测量机一直作为高精度的长度基准,工作在计量实验室低速或准静态状态下,动态误差较小,故简单将动态误差当成随机误差处理。其二,没有明确三坐标动态误差的概念,还没有形成统一的动态误差评定标准,对动态误差规律的认识也有待进一步加强。其三,鉴于测量系统的复杂性,对测量机动态特性的认识不够透彻和全面,此外,各种不同类型测量机的动态特性也有所差异。其四,三坐标测量机作为一个很复杂的系统,在测量过程中受到诸多的误差因素的影响,而且这些误差因素相互影响,共同决定测量机的动态测量精度。其五,动态误差处理方法尚不成熟。

　　本文在分析测量机测量系统动态特性及主要动态误差源特性的基础上,对各国在提高测量速度上采取的主要措施和关键技术作了比较和分析。

　　2　三坐标测量机的动态特性及主要动态误差源

　　根据动态测量的定义,测量装置在动态下使用的测量即为动态测量[1]。由此可知,三坐标测量机无论是在低速还是在高速测量状态下,均可被看做是动态测量系统。

　　三坐标测量机的动态误差主要是测量机的实际动态特性偏离理想动态特性而产生的,因此测量机的动态特性成为动态误差研究的基础。Weekers[2]认为测量机的动态误差是由各部件绕气浮导轨联结处的偏转和各运动部件的弯曲造成,并提出快速测量动态误差建模的方法。董晨松等人[3]提出用激光干涉仪测量坐标测量机的动态特性的方法。陈维方[4]提出以测量机标尺读数的位移作为输入,测头的位移作为输入,用线性动态系统描述机体部分的动态特性。