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三维光学测量仪
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这才是三坐标测量误差分析的正确打开方式

2021-07-19

三坐标测量机的静态误差源主要包括:三坐标测量机自身的误差,如导向机构的误差(直线和旋转)、基准坐标系的变形、探头的误差和标准量的误差;与测量条件有关的各种因素造成的误差,如测量环境的影响(温度、粉尘等)、测量方法的影响以及一些不确定因素等。

三坐标测量机的误差源比较复杂,很难将它们一一分离出来并进行校正。一般只对影响三坐标测量机精度的误差源和容易分离的误差源进行校正。目前对三坐标测量机机构误差的研究很多。生产实践中使用的三坐标测量机绝大多数是正交坐标系三坐标测量机。对于一般的三坐标测量机,机构误差主要是指直线运动部件的误差,包括定位误差、直线运动误差、角运动误差和垂直度误差。


1. 三坐标测量机主要误差分析

三坐标测量机的精度评价或误差修正应基于三坐标测量机固有误差模型,其中须给出各误差项的定义、分析、传递和误差综合后的总误差。所谓总误差,在三坐标测量机精度检定中,是指反映三坐标测量机精度特性的综合误差,即示值精度、重复精度等;在三坐标测量机的误差校正技术中,是指空间点的矢量误差。

机构误差分析

根据三坐标测量机的机构特点,导轨对导向部件限制5个自由度,测量系统在运动方向上控制6个自由度。因此,被导部件在空间中的位置是由导轨及其测量系统确定的。

调查误差分析

三坐标测量机探头分为两种类型:接触式探头按其结构分为开关式(也称触发式或动态传输式)和扫描式(也称比例式或静态传输式)。开关探头的误差是由开关行程、探头各向异性、开关行程色散、复位死区等引起的。扫描探头的误差是由力位移关系、位移位移关系和交叉耦合干涉引起的。

探头的开关行程是探头与工件和传感器尖 端之间的距离。这是探头的系统误差。探针的各向异性是指开关在各个方向上行程的不一致性。这是一个系统错误,但它通常被视为一个随机错误。开关行程的分解是指重复测量中开关行程的离散程度。在实际测量中,计算了某一方向开关行程的标准差。

复位死区是指探头的测量杆偏离平衡位置,去除外力后的死区。测量杆在弹簧力作用下复位。但是由于摩擦的作用,测量杆不能回到原来的位置。测量杆与原始位置之间的偏差为复位死区。


2. 三坐标测量机的相对综合测量误差和空间误差

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中点间距离的实测值与真值的差值,可以用以下公式表示:相对综合误差=距离实测值-距离真值

在进行三坐标测量机的定额验收和定期检定时,不需要准确地知道测量空间中各点的误差,只需要知道坐标测量工件的精度,即可通过三坐标测量机的相对综合误差进行评价。

相对综合误差并不直接反映误差源和测量误差,而只反映误差在测量与距离有关的尺寸时的大小,所以测量方法比较简单。

三坐标测量机空间矢量误差

空间矢量误差是指用坐标测量机测量空间中任意一点的矢量误差。它是测量空间中任意不动点的理想直角坐标系与通过坐标测量机建立的实际坐标系中相应的三维坐标之间的区别。

从理论上讲,空间矢量误差是通过矢量综合得到的空间点的所有误差的综合矢量误差。通过空间矢量误差,我们可以直接了解三坐标测量机测量误差的大小、范围和分布。


3.三坐标测量机的静态误差构成

三坐标测量机的测量精度很高,而且其元器件种类繁多,结构复杂,影响测量误差的因素很多。这类多轴机床的静态误差源主要有四种

(1)因结构件(如导轨、测量系统)精度有限而产生的几何误差。这些误差是由这些结构件的制造精度和安装维护时的调整精度决定的。

(2)与三坐标测量机机构有限刚度有关的误差。它主要是由运动部件的重量引起的。这些误差是由结构构件的刚度、重量和配置决定的。

(3)单一温度变化和温度梯度引起的导轨膨胀、弯曲等热误差。这些误差是由三坐标测量机的机器结构、材料性能和温度分布决定的,并受到外部热源(如环境温度)和内部热源(如驱动装置)的影响。

(4)测头与附件之间的误差主要包括改变测头、增加延长杆等附件引起的测头端半径的变化;测头在不同方向和位置的各向异性误差;分度台转动引起的误差。

光学三坐标测量仪O-SELECT

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