摘要：作为一种常见的几何精密测量仪器，三坐标测量在对某些形位的公差进行测量时，在结果的重复性以及准确性方面存在较大的偏差。鉴于此，本文就三坐标使用中常见测量误差初步分析展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：数据可靠；测量误差；原理
1.坐标测量机的工作原理及主要组成部分
通过运转探测系统，测量工件表面坐标的测量系统称为坐标测量系统。这是ISO标准对坐标测量系统的定义。任何物体的形状都是由空间点组成的，而所有的几何测量都可以归结为空间点的测量，因此精确进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状及误差的基础。坐标测量的基本原理是将被测零件放入允许的测量空间，精确地测出零件表面的点在空间3个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、圆柱、圆锥等，再经过数学计算的方法得出其形状、位置公差及其他几何数据。图1为测量机检测零件的工作原理图。
图1测量机检测零件的工作原理图
测量机的组成部分主要有：主机、控制系统、测头测座系统、计算机系统。各部分按照功能来分是相互独立的系统，一套控制系统可以连接不同的主机及测头测座系统。测量机的基本硬件有多种形式：包括活动桥式、固定桥式、高架桥式、水平臂式、关节臂式。在现在企业中，80%的测量机都是活动桥式，它结构简单，精度非常高，应用范围广。
（1）测量机控制系统原理及功能控制系统类似于一台电脑的主机，是测量机的控制中枢，主要功能有：控制、驱动测量机的运动、保持三轴同步、速度、加速度控制；对光栅读数进行处理；在有触发信号时采集数据；根据补偿文件，对测量机进行误差补偿；采集温度数据，进行温度补偿；对测量机的工作状态进行检测（形成控制、气压、速度、读数、测头等），采取保护措施；对扫描测头的数据进行处理，并控制扫描；与计算机进行各种信息交流；
（2）测头测座系统测头测座系统是数据采集的触发系统，主要功能有：侧头传感器在探针接触点被测点时发出触发信号；控制器根据命令控制测座旋转到指定角度，并控制测头工作方式转换；测座连接测头，可以根据命令（或手动）转换角度方便测量。使用最多的是机械触发式测头，机械触发式测头包括3个电气触点。在探针偏移后，至少一个触点断开。这一瞬间测量机将立即读取X、Y和Z的坐标。代表了这一瞬间的探针测球中心坐标。图2为机械触发式测头工作原理。
图2机械触发式测头工作原理
（1）计算机及测量软件的主要功能计算机是中央运算处理单元，所用的软件主要是PC-DMIS，其主要功能是：进行测头的定义和测头的校正，及测头半径的补偿；建立坐标系（零件找正）；对测量数据进行拟合计算和合并统计、处理；编程并将运动位置和触测控制通知控制系统；输出测量报告；对控制系统进行参数设置；保存、传输测量数据到指定网络或计算机。
2.常见测量误差分析以及预防
2.1环境因素产生的误差
2.1.1温度的影响
这里的温度指两个方面，一方面是测量室的环境温度，另一方面指的是测量机的工作温度和被测零件的温度。产品几何量技术规范（GPS）中，定义“几何量产品规范及检测的标准参考温度”为20℃。因此图纸上所有应用于零件的尺寸及公差都应该在20℃的情况下进行测量。
2.1.2湿度的影响
湿度对测量机的影响也很大，湿度控制不当会影响测量机的寿命也会影响测量精度。在南方每当到了梅雨季节时，测量室内的湿度可能会很大，测量机的气浮块和某些机械部件可能发生锈蚀，对测量机造成非常大的损害。反之，若湿度过小也不可以。因为测量机的工作台的材质是花岗石，湿度过小会影响花岗石的吸水性，会造成花岗石变形。而且湿度过小还容易产生灰尘和静电。北方冬季供暖，室内相对比较干燥，很容易产生静电，对测量机的控制系统会造成损害。因此测量室内的的湿度控制在40%~60%的范围内最好。（数据摘自PC-DIMS培训手册）。
2.2气压
三坐标测量机使用条件中要求气压必须达到一定值，气压低会严重影响测量误差"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。
2.3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。
2.4光照
室内的温度也会影响到三坐标的测量精度，在有些单位对于三坐标测量机的机房设置的有问题，有些建在了建筑的墙角处，只是冷山的位置，保温措施不够。有些机房内安装了窗户.那么通过窗户就会有阳光照射进来，容易引起局部位置升温，影响到测量的精度；造成误差。室内的灯具安装时也要注意，不要直射三坐标测量机的某个固定位置，这样容易引起局部位置升温，影响测量精度而出现误差。
2.5三坐标测量机的相对综合测量误差和空间误差
2.5.1三坐标测量机的相对综合误差
所谓相对综合误差就是坐标测量机测量空间内点与点距离的测量值于真值之间的差，可用下式表示：
相对综合误差=距离测量值一距离真值
进行三坐标测量机额度验收和定期检定时，不需要精确知道测量空间内各个点的误差，只需要了解坐标测量工件的精度情况，这可采用三坐标测量机的相对综合误差来评定。
相对综合误差不直接反映误差源和最终的测量误差，只进行与距离有关的尺寸测量时反映误差的大小，测量方法比较简单。
2.5.2三坐标测量机的空间矢量误差
空间矢量误差指的是坐标测量机测量空间内任意一点处的矢量误差，它是测量空间内任意一个固定点在理想的直角坐标系中与三坐标测量机建立的实际坐标系中对应的三维坐标的差值。
理论上讲，空间矢量误差是该空间点的所有误差通过矢量合成得到的综合矢量误差。通过空间矢量误差可以直观地了解坐标测量机测量误差的大小，范围及分布。
2.6被测工件本身
如果工件表面糙度太低，形状不规则等会使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或是形位误差，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。
结语
三坐标的测量误差是真实存在的，只有较深的理解各项误差来源，加以分析以及采取减小各项误差的方法，才能有效的提高坐标测量数据的可靠性。分析的方法限于知识有许多片面和局部性要继续深化。
参考文献：
[1]韦国平.三坐标测量机及其应用[J].科技经济导刊，2018，26（24）：72.
[2]张兵峰.三坐标测量机测针的校准和选择[J].山东工业技术，2018（18）：117.
论文作者:杜臣臣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/12
标签：误差论文; 测量论文; 测量机论文; 三坐标论文; 坐标论文; 工件论文; 空间论文; 《基层建设》2018年第35期论文;