基于SolidworksSimulation的三坐标测量仪动态误差分析

    长期以来三坐标测量仪的测量方式以静态测量为主，随着现代制造技术的发展，对三坐标测量仪提出了更高的速度和精度要求，在很多情况下要求三坐标测量机在高速测量状态下仍能实现高精度。为了提高三坐标测量机的测量精度，人们越来越重视其动态误差的研究。

    由于广泛采用气浮导轨连结各运动部件，三坐标测量仪的动态误差主要是由各部件绕气浮导轨连结处的偏转和各运动部件本身的弯曲变形造成。气浮导轨和各运动部件的刚度是有限的，运动过程中在附加惯性力的影响下，必然产生各部件绕气浮导轨连结处的偏转和运动部件本身的弯曲变形。因为测量线与标准线不重合，各部件绕气浮导轨连结处的偏转和各运动部件本身的弯曲变形导致实际被测值与光栅尺读数不一致，由此产生了动态误差。在一般情况下，惯性力是造成动态误差的主要原因。

    作者主要研究三坐标测量仪滑架带动z轴在移动桥上做匀速及变速运动时，在惯性力作用下对测头产生的动态误差。

1 动态误差源的理论分析

    文中研究的三坐标测量仪(JS654N型，400mm×500mm×600mm)为单边移动桥式结构，其结构如图1所示。移动桥带动滑架和测头沿x轴运动，滑架在移动桥上沿），轴运动，立柱带动测头沿。轴移动。在高速测量的过程中，移动桥本身、滑架、。轴立柱和测头分布质量作用在移动桥上，产生附加惯性力，使移动桥产生动态弯曲和移动桥相对于x轴导轨的偏转。

    图1 单边移动桥式三坐标测量仪结构示意图

    滑架带动z轴立柱沿y轴方向运动，在此情况下测头测量值在戈方向将不会产生误差，动态误差主要表现在y-z坐标系内，图2所示为三坐标测量仪移动桥y-z平面受力变形示意图。图中P为滑架沿y轴加、减速运动时对移动桥产生的惯性力，q为移动桥横梁的单位长度载荷，G为z轴重力。假设此时z轴处于静止或匀速移动状态，移动桥带动z轴立柱沿y方向移动时，如果滑架处于加、减速状态，滑架在y轴不同位置，移动桥横梁会产生绕x轴的动态弯曲及移动桥整体与导轨连结处的偏转。

    图2 移动桥受力变形示意图

    根据图2中几何关系，y轴误差△y由移动桥沿y轴偏转△y₁与x轴立柱沿移动桥立柱偏转△y₂组成：

    z轴误差△z主要由移动桥横梁变形引起的误差△A及移动桥整体沿x轴偏转△z₁、△z₂组成：