基于灰度预测的三坐标测量机动态测量误差分析与研究

　　三坐标测量机是一种大型通用的高精度检测仪器,广泛地用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状以及相互位置的检测,例如箱体、导轨、涡轮和叶片、缸体、凸轮、形状等空间型面的测量;此外,还可以用于划线、定中心孔、光刻集成线路等,并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等[1]。其稳定性和动态性对保证产品质量起着重要的作用。在低速测量中,影响其测量精度的主要是一些重复性的静态误差。然而随着生产的发展,对测量机测量速度的要求也越来越高,在其高速扫描测量过程中,测头的运动速度和加速度均很大,此时影响测量机测量精度的不仅有静态误差,动态误差的影响也变得越来越显著。针对测量机的动态性不同学者采用不同的方法进行测量、修正。宋开臣等[2]将三坐标测量机看成线性动力学系统,用实验方法建立了动态误差的ARMA模型,并将Kalman滤波器应用于模型中,减小动态误差;董晨松[3]用有限元法对三坐标测量机的动态误差进行建模;董晨松等[4]提出了一种用激光干涉仪测量三坐标测量机动态误差的方法。作者旨在通过对MC850三坐标测量机动态误差源分析,建立其动态误差修正模型。

　　1　测量机动态误差分析

　　1·1　MC850测量机结构

　　MC850三坐标测量机结构如图1所示。整个桥型框架沿x方向气浮导轨移动,滑块在横梁上沿y方向移动,安装在滑架上的立柱带动测头结构沿z轴方向移动。各轴由空气轴结构连接,移动桥结构是单边驱动,测头为触发测头。试验采用TP20测头,当测头以恒定速度(移动速度)移向被测工件,当到达逼近距离时,以触测速度逼近被测工件进行触测。在测尖刚刚接触工件时还没有触发信号,测头会以触测速度继续逼近工件,当测端与被测工件接触时,测杆发生偏移和弯曲,使得3对接触副至少有1对脱开,发出开关信号,控制测量机光栅系统记录当前的坐标值[5]。

　　1·2　动态误差源分析

　　测量机在高速测量时,由于各部件在运动中会受较大惯性力的影响,以及运动部件连接处空气轴承的弱刚性和导轨的非理想性等,这些都是测量机的动态误差的主要来源。

　　(1)惯性力影响

　　高速测量时各部件分布质量会产生惯性力,由于结构件和导轨支承系统的有限刚度,惯性力的作用将使桥架和滑架等产生相对于气浮导轨处的偏转和桥架本身的弯曲变形,由于结构上X方向的测量线与测量基准线不重合,存在较大的阿贝臂,各部件绕气浮导轨连接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的读数不一致,由此产生了动态误差[6]。