关于三坐标测量机测量误差

关于三坐标测量机测量误差

本文对三坐标测量机误差的产生原因进行了研究，将产生原因归纳为测量方法误差、三坐标测量机设备误差、测量环境误差、测量人员误差、被测工件本身误差五个方面。并指出要减少三坐标测量机测量误差，最大限度地发挥三坐标测量机能力，必须是三坐标测量机制造厂与用户之间密切配合，共同努力才能达到。

三坐标测量机虽然测量精度较普通量具测量准确得多，但必定存在测量误差。因此，为了使三坐标测量机的测量结果最大限度地满足机械设计、制造、检验的需要，必须分析三坐标测量机测量误差产生的原因。本文将三坐标测量机测量误差的原因归纳为测量方法误差、三坐标测量机设备误差、测量环境误差 、测量人员误差和被测工件本身误差五个方面。下面分别进行研究。

测量方法误差及解决措施

三坐标测量机用于零件和部件的尺寸误差和形位误差的测量，特别对于形位误差测量更显示其高准确度、高效率、测量范围大的优点。而形位误差的测量方法种类非常多，GB1958—80《形状和位置公差检测规定》中规定了形位误差有五种检测原则：与理想要素比较原则、测量坐标值原则、测量特征参数原则、测量跳动原则、控制实效原则。并且还列出了100余种测量方法。如果在测量形位误差时采用的检测原则不对，选用的方法不完善、不严密、不确切，便会造成测量方法误差。因此，从事三坐标测量机工作的人，一定要熟悉测量方法，特别是对形位误差的五种检测原则和100余种测量方法要非常熟悉，才能减少测量方法误差。

三坐标测量机设备误差及解决措施

任何一种三坐标测量机均存在误差，根据国标GB/T16857.2－1997（等效国际标准ISO10360—2-----1994）规定，将三坐标测量机的误差归纳为长度测量的示值误差E和探测误差R二类。

其中三坐标测量机长度测量的示值误差E是指用三坐标测量机测量长度实物标准器的两标称平行平面间的法向（与一个面正交）两相对点距离的示值误差，即测得长度与长度实物标准器长度真值之差，以微米计算，并以下列三个表达式的任一式表示：
E=A+L/K≤B
E=A+L/K
E=B
式中：A------常数项，由三坐标测量机制造厂提供，μm;
L------被测长度，mm;
K------无量纲常数，由三坐标测量机制造厂提供；
B------E的最大值，由三坐标测量机制造厂提供，μm。
       而探测误差R是指用三坐标测量机测量标准球半径的变化范围而确定的误差，它是一项正值常量误差，其值也是由三坐标测量机制造厂提供。

以上两项误差是三坐标测量机自身存在的，是自身集光、机、电、计算机和自动控制等五种误差的综合误差。三坐标测量机制造厂出厂前要千方百计将两项误差控制在规定的范围内。要从上述五个方面分别控制，使每个零件和部件符合设计要求，装配后符合最终要求。另外，设备的每个机械零件一定要材质可靠，失效处理合理，内应力完全消除，保证三坐标测量机长期使用不变形。还有一个是三坐标测量机制造厂在用户处的安装调试一定要达到理想状态，达到出厂前的水平。
       三坐标测量机设备误差还包括标准器误差，要经常检测标准器量值的本身不确定误差，如果磨损了要及时更换。

测量环境误差及解决措施

测量环境误差是指在测量过程中受到外界温度、湿度、气压、电磁场、震动、光照等的影响而产生的误差。下面分别说明：

1.环境温度
       上述三坐标测量机设备出厂前的长度测量示值误差E和探测误R是在规定的条件下使用产生的误差，也称为基本误差。其中规定环境条件的首要条件就是环境温度。一般要求环境温度控制在20°C± 2°C范围内。环境温度不仅要求三坐标测量机本身，还要求被测零件测量时也是这种温度。由于金属材料受温度影响会产生热胀冷缩，在不同的温度条件下长度尺寸是不一样的。一台机器（包括三坐标测量机和被检测的机器）所设计的尺寸公差和形位公差均是指相同温度下数值。

       为解决环境温度控制在规定的范围内，作为使用三坐标测量机的用户要注意的问题有：

①给三坐标测量机修建一个局部空调房，安装适当的空调机；

②空调房的墙体和顶部要采取保温措施，大、小门也要采取保温措施;尽量不要设置窗户，可设置换气窗口，换气窗口采用双层保温窗扇，开口四周加胶条密封；若采用玻璃窗扇，要配备可拉窗帘（黑色或红色绒布缝制）；门窗的设置不要正对着三坐标测量机。

③要修一个过渡间，过渡间用于存放待测工件，使被测工件测量前预先运进空调间的过渡间恒温，并保证门不正对着三坐标测量机，这样更好地保证恒温效果。过渡间面积由用户根据本单位实际情况决定。隔墙可采用保温材料制做，如果空间小，甚至可以做一个绒布布帘也可以。

④空调间的空调机下班时不要关闭。关于这一点，有些用户为节约电，下班就关空调，上班才开空调，上班后不能马上工作，要重新平衡温度后再工作，既耽误了工作，又耗了电，这才是最大的浪费。另外空调机下班不关，不反复启动，还可保护三坐标测量机寿命，减少修理费，是最大的节约。

2.环境湿度
        环境湿度一般控制在35～65％，湿度不仅仅影响测量误差，还会严重损坏三坐标测量机电器等零件。在三坐标测量机机房内要安装除湿机，而且除湿机要与环境湿度相匹配，我国北方湿度相对小一些，可匹配功率小一些的，如果湿度太小，小于35％，还要洒水，增大湿度稍大于35％；；南方湿度大，匹配功率大一些，控制在65％以下，35％以上。除湿机和空调机一样，下班时间也要开机，不能上班开机，下班关机。

3.气压
       三坐标测量机使用条件中要求气压必须达到一定值,因三坐标测量机装配的均是气浮轴承，气压低会严重影响测量误差。有些用户对此认识不够，由工厂一个总的空气压缩机站提供气源，这样到三坐标测量机的气源极不稳定，低压的时候特别多，甚至使三坐标测量机不能工作，三坐标测量机对气体流量要求并不大，因此用户只需购买一台价格较低的小型的空气压缩机，单独为三坐标测量机提供气源便能取得理想的效果。

4.电磁场
       电磁场影响三坐标测量机的电器，由于电磁场变化很大，将使三坐标测量机产生无规律可循的随机误差。因此，三坐标测量机房附近不要有电源断电设备、变压器、电火花加工机床、变频电阻、电弧焊、滚焊机等强电场、强磁场等设备。

5.环境震动
       环境有震动源，也会使三坐标测量机产生测量误差，并随震动源不同，误差也不同。因此，要求三坐标测量机附近不要有震动机、冲压机等强震源设备。三坐标测量机地基与周边地基一定修造防震沟，防震沟内填充防震材料。使三坐标测量机受环境震动的影响降低到最小程度。

6.光照
        光照也是一个环境温度问题，容易被人忽视，特别是有些用户的三坐标测量机房没有采用保温措施，又设置窗户，机房又建在两相邻外墙的转角处（没有保温措施），在阳光照射下，就会使机房内温度场不等，从而产生测量误差。因此三坐标测量机房建设一定要按前面第一条措施执行。机房内的灯光也不要离三坐标测量机某一部分太近，以免三坐标测量机某局部温度不一样。

测量人员误差及解决措施

测量人员误差是指测量人员操作三坐标测量机不当造成的误差。要求三坐标测量机测量人员具有较高的文化素质，同时，三坐标测量机测量人员要热爱此项工作。
       三坐标测量机的运用水平，是衡量一个企业工业技术发展水平高低的重要标志。因此，企业领导首先要选文化素质高的，责任心强的人从事三坐标测量机的操作，另外在政策上采取激励机制，将三坐标测量机操作人员同企业的产品设计人员和工艺设计人员一样对待，甚至还可更高级别地对待，因他们掌握企业固定资产大得多。要使他们检测数据准确，效率高，大大加快企业的产品设计验证和工艺设计验证进度，将三坐标测量机的功能充分开发出来，使三坐标测量机测量误差最小，故障最少，寿命最长。

被测工件本身误差及解决措施

被测工件本身的表面粗糙度和形状精度对测量误差影响也不小，这也往往被人忽略。因三坐标测量机测量工件时均是测量工件上若干点，然后对测量的数据进行分析计算得出测量结果。如果工件表面糙糙度太低，三坐标测量机测头在工件上取点不一样，必然会产生尺寸测量误差。如果工件形状（圆度、圆柱度等）误差大，取工件上不同点，测工件相互位置误差 ，必然会产生较大的形位误差。因此，对被测工件，特别是对高精度的工件，必须要使工件的表面粗糙度与尺寸精度、形状精度、位置精度相匹配。

总结

综上所述，三坐标测量机测量误差产生的原因主要是方法误差、三坐标测量机设备误差、测量环境误差、测量人员误差和被测工件本身误差五个方面,并对五个方面分别提出了解决措施，从解决措施中可以看出，要减少三坐标测量机测量误差，最大限度地发挥三坐标测量机能力，必须是三坐标测量机制造厂与用户之间密切配合，共同努力才能达到。例如三坐标测量机制造厂要千方百计保证机器本身的精度，使长度测量示值误差E和探测误差R控制在承诺的范围内，并且要长期不变形保持下去；而更多的是用户方面原因，要有一个好的测量环境，要充分调动测量人员的工作积极性，要保证待测工件的必要表面粗糙度，形状精度和安装精度等。