用便携式三坐标测量臂实现电子式万能试验机横梁位移误差检定的方法

　　0　引言

　　电子式万能试验机是机械加力的用计算机控制及测量的试验机，主要用于金属和非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲和剪切等力学性能试验。由于设计、加工、安装、使用等多方面因素的影响，电子式万能试验机横梁在移动时不可避免地存在误差，从而影响到试验结果的准确性。根据 JJG475-2008《电子式万能试验机》规定，对首次检定的电子式万能试验机应包括横梁位移误差的检定。

　　目前大多数电子式万能试验机横梁的位置信息通过滚珠丝杠与光电编码器获得，分辨力可以达到0.001 mm。而 JJG475-2008 采用的标准器具为一级千分表(或百分表)以及量程为 1 000 mm、误差为±0.2 mm 的钢直尺等通用简易测量仪器。实际检定中，该检定方法的测量不确定度较大，与客户期望相去较远，也与现代计量检测的要求不相符合。本文采用便携式三坐标测量臂，实现对电子式万能试验机横梁位移检定的新方法，操作便捷、数据可靠。

　　1　便携式三坐标测量臂的工作原理

　　便携式三坐标测量臂是基于坐标测量原理的通用化数字测量设备。其结构是受工业关节型机器人的启发，仿照人的关节制作而成(图1)。采用全转动副的机械结构，利用角度传感器对“关节”的转角信息加以测量，再经过齐次坐标变换后就可获得测头中心相对于仪器参考坐标系的空间方位信息，从而实现三维空间点位坐标的测量。便携式三坐标测量臂具有测量准确度高、量程范围大、测量快捷、搬运灵活等特点。其应用可以解决电子式万能试验机横梁位移检定过程中，使用千分表(或百分表)量程不足、使用钢直尺准确度不够、使用光栅尺固定复杂等诸多问题，满足了电子式万能试验机需要现场检定的特殊要求。

　　2　检定方法及测量不确定度分析

　　2.1　检定方法

　　JJG475-2008 规定，电子式万能试验机横梁位移误差的检定点为在移动横梁的工作范围内任意位置选择最大位移的 1% 和 50% 两个测量范围。移动横梁位移示值相对误差不应超过 ±0.5%。使用测量范围为 1 200 mm，最大允许度误差为(5+8L/1 000) μm 的便携式三坐标测量臂检定某公司的 AGS-X 10 kN 电子万能试验机。该电子万能试验机横梁移动范围为 1 000 mm，根据 JJG475-2008，取 10 mm 和 500 mm 两个检定点。检定时，使用便携式三坐标测量臂在电子式万能试验机的横梁基准面上取若干测量点并生成一个平面，移动横梁后，再次使用便携式三坐标测量臂测量并生成第二个平面。两次生成的平面之间的距离值作为标准值，与电子式万能试验机横梁移动的相对示值比较，即可得到横梁位移示值的相对误差。