坐标测量机的溯源方法

　　0　引言

　　坐标测量机是大型通用计量设备。随着计算机技术、自动控制技术及计算机辅助设计、计算机辅助加工等技术的发展,坐标测量机为越来越多的用户所采用,测量对象几乎包括了各种机械零件,应用于从产品研制到产品最终检验的各个环节。

　　坐标测量机的通用性是由其测量方法决定的:对任意形状工件的测量均通过探头对工件表面的点测量进行。坐标测量机的机械结构为探头的空间运动提供了可能。

　　但是,坐标测量机的结构和广泛的测量对象使坐标测量机的溯源比较复杂。

　　1　坐标测量机溯源方法的发展

　　坐标测量机的误差源包括其机械结构的几何误差、探头的探测误差、机床运动过程中产生的动态误差、机床的长期稳定性,以及由于环境温度变化产生的变形误差等。各种误差在坐标测量机测量空间的各个点产生的影响不同。图1是坐标测量机的一个误差影响模型,表现了一个坐标轴上的几何误差对综合测量误差产生的影响[1]。

　　除了上述坐标测量机机械自身的误差外,影响测量结果不确定度的因素还包括:

　　(1)由于测量空间各点处的测量不确定度不同,所以在不同的位置测量,得到的测量结果的测量不确定度不同;

　　(2)不同的测量任务,不同的测量参数,其测量结果的测量不确定度不同;

　　(3)同样的测量任务,但由于被测对象的形状误差等因素的影响,采用不同的测量点数和测量点分布,测量结果的测量不确定度不同。

　　因此,在国家标准[2]中,为了能够对坐标测量机的性能进行比较和验收,定义了坐标测量机的性能指标:长度测量示值误差E和探测误差R,并规定了其测量方法。

　　虽然长度测量可以对大多数测量任务进行近似,但由于坐标测量机的测量任务各种各样,只使用长度测量示值误差和探测误差不能代替所有其他测量的不确定度,因此,性能评定不能对坐标测量机所有测量任务进行溯源。

　　使用坐标测量机校准标准件的过程是:首先,测量一个零件,给出测量结果;然后根据坐标测量机的测量过程,估计测量不确定度;最后颁发经过认可的校准证书。但是,由于坐标测量机误差的复杂性和功能的多样性,很难规定和确认一个不确定度,用于评价坐标测量机在其测量空间的任何位置、采用任意方案进行的所有测量任务。为此,欧洲实验室认可组织(EuropeanCooperation for Accreditation of Laboratories)的技术指南EAL-G17《坐标测量机的校准》[3][4]提出了面向任务的测量不确定度的概念,也就是说,坐标测量机的校准是在其测量方案和测量条件均已确定的条件下,对坐标测量机进行面向特定任务的校准——面向测量任务的校准。坐标测量机的测量不确定度,只需考虑与特定的测量任务及测量过程相关的误差源的作用。这对于某些任务,相对来说比较容易实现。