三坐标测量机触发式测头误差分析
三坐标测量机的误差分析及其补偿
收稿日期: 1996- 03- 06 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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沈 阳 工 业 学 院 学 报 1997 年
1. 2 三坐标测量机测头位置误差表达式
式 (1) 对坐标平移和旋转的坐标变换可应用到三坐标测量机中各滑台的平移和转动误差 向绝对坐标系的转换.
图 3 坐标系 向坐标系 的变换
图 4 三坐标测量机的坐标变换示意图
在图 1 中的 X 、Y、Z 的滑尺上分别建立三个坐标系 、 、 , 且使三坐标测量机的测头
xp
y=
- ex y + A - M y m - ey y + A -
- ezy + A -
yp
(3)
z
- ex z
- ey z
zm - ezz
zp
式 (3) 中的各误差项均是以绝对坐标系原点为起点, 在单一运动方向上测量的, 其误差评定基
准是理想的坐标轴方向. 因此, 式 (3) 中的误差分量包含三个滑尺运动方向的相互垂直度误差.
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沈 阳 工 业 学 院 学 报 1997 年
x = x m - ex x - ey x - y m Ηx z (5)
y = y m - ex y - ey y
工作台数显装置为光栅尺, 误差测量装置和坐标值检定用双频激光干涉仪. 实验数据如表
2 所示.
表 2 测量数据
从实验中看出补偿后坐标值更接近于坐标检定值, 显示误差分别为 exm = 010479 mm , eym = - 010039 mm , 而补偿后坐标定位误差为 ex = 010038 mm , ey = 010005 mm.
三坐标测量机的测量结果偏差过大的原因
三坐标测量机的测量结果偏差过大的原因
在使用三坐标测量机进行测量时，如果遇到测量结果偏差过大，那么请按以下方法进行问题排查。
三坐标测量机的测量结果偏差过大原因分析：
1.装夹工件不可靠。
2.工件表面粗糙度过大或者工件表面附着脏物。
3.三坐标测量机附件连接不可靠。
4.进行测针校正。
5.测量方法错误。
三坐标测量机的测量结果偏差过大解决方案：
1.工件在测量时（尤其是质量较小的工件），应确保有夹具装夹，测量时不能有相对移动，这将有助于提高测量的准确性。
2.被测工件在测量前应先进行恒温处理，然后认真清理清洁被测物体表面，保证无赃物以及表面光洁度。
3.进行测量前确保所有附件连接的可靠性。
4.当更换测针进行测量时，请先进行三坐标测针的装配及校正，保证测量结果的可靠性。
5.合理正确的测量方案，将会有效的提高测量的准确性，请在测量前对被测方案进行合理性确认。
6.另外，由于环境条件因素也可引起测量误差，请在正确的环境下进行测量。
三坐标测量机测球直径的校正和误差分析
三坐标测量机测球直径的校正和误差分析摘要：三坐标测量机（CMM）以其测量精度高、稳定性好、操作方便快捷的特点广泛的被应用。
但是在使用三坐标测量机测量有些几何要素时，有时测量准确度不是很高。
文章对坐标测量原理进行简述，重点分析三坐标测量机测球直径的校正与误差。
关键词：三坐标测量机；球直径；误差1坐标测量的原理任何形状都是由空间点组成，所有的几何量测量都可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的基础。
坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它已允许的测量空间，精密地测出被测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、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置误差及其他几何量数据。
用CMM进行零件测量，理论上，测头的球半径应为零，测头和工件接触为测头中心。
得到的数据是测头中心的坐标值，而非测头与被测件接触点的坐标值。
但实际上，测头有一半径，从而需要对测头直径进行校正，即进行测头球心轨迹曲面域和测头半径补偿。
2三坐标测量机测量的主要步骤2.1测头选择测头部分是测量机的重要部件，测头根据其功能有：触发式、扫描式、非接触式（激光、光学）等。
触发式测头是使用最多的一种测头。
一般的测头头部都是由一个杆和测球组成。
最常见的测球的材料是红宝石，因为红宝石是目前已知的最坚硬的材料之一，只有极少的情况不适宜采用红宝石球。
高强度下对铝材料制成的工件进行扫描时，选择氮化硅较好；对铸铁材料工件进行高强度扫描，推荐使用氧化锆球。
为保证一定的测量精度，在对测头的使用上，需要注意：（1）测头长度尽可能短：探针弯曲或偏斜越大，精度将越低。
因此在测量时，尽可能采用短探针。
（2）连接点最少：每次将探针与加长杆连接在一起时，就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。
因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。
（3）使测球尽可能大：测球直径较大可削弱被测表面未抛光对精度造成的影响。
三坐标测量中的误差分析
产能经济395三坐标测量中的误差分析方 强 航空工业光电所摘要：在当前测量工作过程中，三坐标测量属于常见的一种测量方法，也是一种比较理想的测量方法。
在三坐标测量过程中，为能够使其测量结果准确性及测量效率得到更好保证，十分重要的一点就是应当控制其误差，也避免误差影响其准确率。
本文就三坐标测量中的误差进行简单分析，从而为更好进行三坐标测量提供理论基础及理论支持。
关键词：三坐标测量；误差；分析中图分类号：TH721 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2018)004-0395-01随着现代加工业的不断发展，在测量工作中对于测量质量及效率也有着越来越高的要求，各种现代化测量方法也得到广泛应用，而三坐标测量就是其中比较重要的一种。
在三坐标测量工作中，很多因素均会影响其测量的准确性，而测量中的误差就是重要影响因素。
所以，在实际测量过程中，应当对测量中的误差积极分析，以便能够选择更好的方法及对策，从而使测量准确性得以有效提升。
一、坐标系因素引起测量误差分析1.坐标系构建相关元素均应具备充分稳定性在构建坐标系过程中，需要运用一个平面。
在实际测量过程中虽然能够提高该面加工精度，然而其面积范围比较小，若测量对象与坐标中距离相对比较远，或者测量范围面积比较大的情况下，在坐标系中存在的很小差异均会造成测量对象数据有很大程度波动，从而测量所得到数据也就缺乏说服力度。
因此，在建立零件坐标系过程中，应当尽可能多地实行取点，并且应当尽量扩大取点尺寸范围。
2.坐标系的相关特征元素应具备充足代表性在建立基准面过程中，测量点应当避免选择毛刺、粗糙及磕碰位置。
并且所选择位置点尽量不要为测量面边角，在取点时应当尽可能多地选择点位置。
在构建基准坐标系过程，若存在圆孔情况，应当从多个方面考虑测量结果相关影响因素。
比如孔的圆度、圆柱度以及垂直度等相关因素。
在选择测量点时，应尽可能将毛刺、粗糙面及磕碰位置避开。
先进行手动测量，而后实行自动测量，且应当将自动测量数据作为最终数据。
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法发布时间：2021-01-12T05:24:05.499Z 来源：《中国科技人才》2021年第1期作者：田晓春[导读] 为了更好地对三坐标测量机测量的误差进行分析和研究，所以本文首先主要对三坐标测量机的含义以及测量原理进行了明确，其次，在多方面对三坐标测量机的测量误差展开分析，这样能够有效地提高分析的效果。
中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002摘要：为了更好地对三坐标测量机测量的误差进行分析和研究，所以本文首先主要对三坐标测量机的含义以及测量原理进行了明确，其次，在多方面对三坐标测量机的测量误差展开分析，这样能够有效地提高分析的效果。
与此同时，在对三坐标测量机误测量误差展开分析时，主要从以下三个方面展开：第一是环境温度误差，第二是光栅误差，第三是装配误差，这三方面都能够有效的对测量误差进行分析，并且能够取得较好地效果。
本文还针对三坐标测量机测量误差的补偿方法展开了研究，在研究过程中，主要从两方面开展，第一是温度补偿法，第二式动态误差补偿法。
关键词：三坐标测量；误差分析；补偿1 三坐标测量机的含义及测量原理三坐标测量机是属于当前时代发展背景下的新型高精度的测量仪器，相比传统的测量以及三坐标测量机，能够更加稳定地提高测量的效果，防止出现测量失误，并且能够提高测量的精准程度。
与此同时，本文针对三坐标测量机的测量原理也展开了研究和分析，可以明显地发现，三坐标测量机主要是通过坐标测量的原理来进行实物测量，首先，在生活中寻找需要测量的物体，并且将物体当中的几何元素提取出来，明确几何元素中的具体测量坐标，根据所寻找到的坐标展开集中测量。
在进行测量时，应当按照严格的测量标准来进行，主要测量几何元素的具体尺寸以及形状大小等。
截至目前，三坐标测量机已经逐渐广泛地应用在各大车间的测量过程中，并且取得了较好的效果，突破了传统测量方式的限制，在测量精准程度上做出了很大的提升。
三坐标测量机测头系统的误差分析与修正
三坐标测量机测头系统的误差分析与修正杜翠翠;徐强;冯旭刚;章家岩【摘要】测头是三坐标测量机的关键部分，其动态性能对测量机最终测量结果有直接的影响。
为了提高三坐标测量机测头的测量精度，以触发式测头系统为主，研究了测头系统动态误差的构成，分析了测头预行程误差来源及影响因素，提出了将测头直径动态标定与微平面补偿法相结合的方法对测头直径进行补偿。
通过对凹轮轮廓进行测量，并在逆向工程软件中对测头直径补偿前后进行对比。
结果表明，该方法对测量机测头直径有较好的补偿效果，具有一定的应用价值。
%As probe is the key component of coordinate measuring machine ( CMM) ,its dynamic per-formance has direct influence on the final measurements.In order to enhance the accuracy of CMM,compo-sition of the probe dynamic error system was studied with focus on introducing the touch triggerprobe.Probe pre-travel error sources and influencing factors were analyzed.The method combining dynamic calibration of probe radius and micro plane compensation was put forward to make compensation for the probe radius.Af-ter measuring the outline of a concave wheel and comparing probe radius before and after the compensation in reverse engineering software,the results showed that the method made better compensation for the probe radius and was worth more applications.【期刊名称】《常州工学院学报》【年(卷),期】2016(029)003【总页数】5页(P33-37)【关键词】三坐标测量机;测头系统;预行程误差;测头直径【作者】杜翠翠;徐强;冯旭刚;章家岩【作者单位】安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山 243032;安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山 243032;安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山 243032;安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山243032【正文语种】中文【中图分类】TH-9三坐标测量机的测头一直都是学者们的研究热点。
三坐标测量机的误差分析
三坐标测量机的误差分析三坐标测量机误差分析概述三坐标测量机的静态误差来源主要有：三坐标测量机本⾝的误差，如导向机构的误差（直线、回转）、基准坐标系的变形、测头误差、标准量的误差；与测量条件相关联的各种因素引起的误差，如测量环境的影响（温度、尘埃等）、测量⽅法的影响以及⼀些不确定因素的影响等。
三坐标测量机的误差源纷繁复杂，很难将它们⼀⼀检测分离出来并加以修正，⼀般只修正那些对三坐标测量机精度影响⽐较⼤的误差源和那些⽐较容易分离的误差源。
⽬前研究最多的是三坐标测量机的机构误差。
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⽽⾔，机构误差主要是指直线运动部件误差，包括定位误差、直线度运动误差、⾓运动误差、以及垂直度误差。
三坐标测量机主要误差分析对三坐标测量机精度评定或实施误差修正，要以坐标测量机固有误差的模型为基础，其中，必须给出各误差项的定义，分析，传递及误差合成后的总误差。
所谓的总误差，在三坐标测量机的精度检定中，是指反映坐标测量机精度特性的综合误差，即指⽰精度，重复精度等：在三坐标测量机的误差修正技术中，则是指空间点的⽮量误差。
机构误差分析三坐标测量机的机构特征，导轨对被它引导的部件限制五个⾃由度，测量系统控制运动⽅向上的第六个⾃由度，因此导向部件在空间的位置，由导轨及其所属的测量系统确定。
测头误差分析三坐标测量机的测头分为两种：接触式测头按其结构⼜分为开关式（⼜称触发式或动态发讯式）和扫描式（⼜称⽐例式或静态发讯式）两⼤类。
开关式测头的误差由开关⾏程，测头各向异性，开关⾏程分散性，复位死区等引起。
扫描式测头的误差由测⼒⼀位移关系，位移⼀位移关系，交叉耦合⼲扰等引起。
测头的开关⾏程为测头与⼯件接触⾄测头发讯，测头所偏摆的⼀段距离。
这是测头的系统误差。
测头的各向异性是开关⾏程在各个⽅向上的不⼀致性。
它是系统误差，但通常作随机误差处理。
开关⾏程的分解性指重复测量时开关⾏程的离散程度。
三坐标测量机测量误差来源分析
三坐标测量机在使用中，测量结果与实际值之间的差异称为误差。
真实值是客观存在的。
在某些时空条件下，它是物的真正价值，但很难准确地表达它。
测量值是测量所得的结果。
两者之间总是存在一定的差异，即测量误差。
测量误差的测量方法分为：绝对误差，相对误差和参考误差！测量误差的分类可分为三类：系统误差，随机误差和粗差！三坐标测量机引起严重误差的主要原因今天，主要原因是三坐标测量机产生误差的主要原因，误差指：超出在规定条件下预期的误差，现在从以下5个方面去总结和探讨误差的来源。
一、人为因素1）是否熟悉形状和位置公差？2）是否研究过测量软件参考手册？3）学过培训手册了吗？4）是否多次阅读过坐标测量机工作簿？5）熟悉工件图纸和公差要求吗？6）熟悉测量程序的编程思想？7）是否熟悉测量程序的参数评估原理？二、机器系数1）机器的光栅尺，标准球，探针（针）等不清洁;2）探针（针）未校准；三、工件系数1）待测部件不干净；2）工件定位面不干净；3）工件夹紧不可靠；4）待测工件有加工缺陷；5）工件不在计量室内恒温；四、测量方法1）手动测量粗糙坐标系的参数时，严重偏离真实值；2）测杆与工件干涉；3）测量时触摸或靠在测量机上；4）测量程序对特征参数的评估不正确；5）手动测量时参考选择误差和结构特征不正确；五、环境因素1）环境温度与要求有很大差异；2）温度梯度大；3）湿度大；4）有局部热源或冷源；5）直射阳光机；6）空调风吹动机器；粗大误差的发现A、用于测量更精确的工件：1、测量圆时，评估其圆度。
如果超出公差（大于0.01），则测量的功能不正确；2、测量气缸时，评估其圆柱度。
如果公差大于（大于0.01），则测量的功能不正确；3、测量表面时，评估平整度。
如果差异大于（大于0.03），则测量的功能不正确；4、测量直线时，评估其直线度。
如果超出公差（大于0.01），则测量的功能不正确；5、测量圆圈时，观察其直径。
如果明显超出公差（大于0.10），则测量的功能不正确；B、使用其他测量方法查看测量的特征以确定粗略误差。
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究三坐标测量机作为高精度仪器，测量误差仍然难以消除。
为了提高三坐标测量机的测量精度，选择合适的误差补偿的方法至关重要。
本文首先对三坐标测量机的测量误差进行分类，分析误差源，然后提出温度热变形补偿和动态误差补偿方法，为进一步研究补偿方法奠定了基础。
标签：三坐标测量机;准静态误差;动态误差;补偿0 引言作为精密测量仪器，三坐标测量机在产品设计、加工制造、检测等领域得到广泛的应用与推广[1]。
但在实际的测量过程中，仍然会有测量误差的产生，如测头测针磨损、测量路径选择不当等因素。
因此，分析误差源并采取合适的补偿方法，是提高测量精度行之有效的途径[2]。
1 三坐标测量机误差分类根据误差特性的不同，可将误差分为准静态误差和动态误差。
准静态误差是指由于外界因素和自身結构引起的误差，而动态误差引起的原因是多方面的，会随时间变化而变化。
2 三坐标测量机误差源分析2.1 准静态误差源分析三坐标测量机静态误差的原因是多方面的，如测量环境的温度、湿度、振动、机导向机构的运动、测头磨损，以及测量方法等不确定因素造成的[3]。
2.2 动态误差源分析三坐标测量机是一个由机体、驱动部分、控制系统、导轨支承、侧头部分、计算机及软件等组成的整体。
测量速度会随着测量任务的变化而经常性的变化，在测量过程中，会受到较大的惯性力。
由于三坐标测量机的运动部件和导轨是弱刚度性，因此运动部件会在惯性力的作用下产生偏转，测针会偏离正交位置并产生动态误差。
由于三坐标测量机的导轨支承的运动精度会随着三轴的移动速度变化而变化，在此过程中会伴随着测头接触力、测头等效半径和冲击力的变化，导致三坐标测量机的移动速度和逼近距离产生偏差，动态误差随之产生。
3 三坐标测量机误差补偿方法3.1 三坐标测量机温度补偿方法三坐标测量机温度补偿主要由三部分组成：标温下结构参数标定、温度实时采集系统和误差补偿系统。
首先测量机利用自身系统获得标准温度下的结构参数，并作为标准结构参数。
三坐标测量误差及其处理分析
三坐标测量误差及其处理分析刘京苑（清远职业技术学院，广东清远５１１５００）摘 要：三坐标测量可高效、准确地测量复杂零件，具有显著的优点。
但是由于存在一定的局限性，测量时存在个别误差。
因此，必须在有效手段的实施下，补偿系统性误差，为测量数据提供精确性保障。
就测量误差产生的原因进行分析。
提出了有效的处理方法，将误差控制至最低限度。
关键词：三坐标测量机；测量误差；处理措施；误差分析ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０２０．０７．０４２ 引言三坐标测量机属于自动化、高精度、多功能的接触式测量仪器。
在工业生产技术不断发展的情况下，也对三坐标测量机提出了更高的精度要求。
三坐标测量机测量误差的产生有着较多的原因，对测量精度造成的影响也有很大区别，难以比较与评定，因此，本文将机器精度、几何误差等作为主要检测内容，就三坐标测量机几种常见测量误差及处理策略进行分析。
三坐标测量机及其工作机理三坐标测量机作为科技时代下的应用与测量仪器代表性设备，是以空间三个维度为依据进行测量范围的构建，在光栅尺和测头的运用下为扫描和读取提供精确性保障，在对生产部件曲面、长度、宽度和高度进行科学计算测量后，获取精确的位置公差、三维结构，以此精度测量加工与生产部件。
三坐标测量机在空间三个相互垂直特点的运用下，结合导向设备引导方式，借助读数头实现数据获取，并在处理器的帮助下加工数据，随后在科学运算下可精确测量加工部件和机械零件［１］。
三坐标测量机具有自动化与数字化的优势，不但能将测量工作速度大幅度提升，同时还能推动测量工作质量的进一步提升，是当前设计、生产、加工及检验等工作领域中应用十分广泛的一种测量设备。
三坐标测量机测量误差２ １ 不合理的工作面选择引发的误差此类误差主要引发原因在于不一致的数据采集和数学模型计算方法。
如图１所示，具体实践中期望以被测要素进行数据采集，并以圆为依据对数据进行处理，然而实际采集中，因ＸＹ面处轴线有垂直偏移存在，以致于采集数据为椭圆，倘若以圆为依据进行处理，就会有一定的误差产生。
三坐标测量机测量误差分析，又是干货
三坐标测量机测量误差分析，又是干货作为高精度测量设备，三坐标测量机的测量误差问题一直存在，，为了进一步提高该设备的应用价值，相关学者针对三坐标测量机的各类误差，提出了相应的补偿方法，尽可能的消除各类误差，得到准确的结果。
一、三坐标测量机常见误差类型在相关理论基础上，三坐标测量机的误差类型可以分为两类，即静态误差、动态误差，其中静态误差的特点在于其误差值会始终保持在稳定水平，而动态误差则会随着存在时间的增长而增加，所以在误差补偿角度上，应当先对两种误差进行了解，再选择相应的方法。
下文将介绍三坐标测量机静态误差、动态误差的产生原因以及事例表现。
（1）静态误差。
三坐标测量机的静态误差产生原因一般在于：外部因素对设备结构造成了瞬时性影响，此类影响带来的误差因为影响转瞬即逝，所以不容易发生变化，但这一表现不代表静态误差的影响力不大，因为在通常情况下静态误差的误差值要大于动态误差的初始值，乃至动态误差经过一段时间发展后也无法超过静态误差值，所以应当对静态误差保持重视。
例如，在三坐标测量机测量当中，其测头测针存在磨损现象，此时就会形成静态误差）（2）动态误差。
三坐标测量机动态误差的产生原因有很多，例如温度、灰尘、人工等外在因素，此类误差在大部分情况下都会随着时间的延长而增加误差值，但在特殊情况下会表现出不稳定的动态化表现。
例如：在三坐标测量机测量当中，周边的温度、灰尘会随着时间累积而增长，相应引起的测量误差值也会随之增长，这即为动态误差的常规表现；在人工因素下，介于人工不稳定性的特征，其来点测量速度会不平衡，但具体表现却无法预测，由此就形成了不稳定的动态误差表现。
此外，在静态误差与动态误差的综合角度上，静态误差本身虽然不会因为时间增长而发生变化，但在其他因素条件下，其会出现动态性表现，例如测头测针磨损现象就会在长期应用当中愈发严重，这即为一种动态性表现，针对这一现象，在误差补偿中影响以当前静态误差值为基准来进行计算，以保障计算结果准确性。
三坐标测量机测头的校正方法和误差分析
测头系统是 Ｃ ＭＭ 测量 系统 的主要组成部分 ， 根据 测头与 被测表面 的空 间位置 ， 可将其分 为接触 式与非
接 触式 两 大类 。浙 江 科 技 学 院 机 械 与 汽 车 工程 学 院 实验 室 中 的意 大 利 Ｈｅａ ｏ 旗 下 Ｄ Ａ 的 移 动 桥 式 坐 标 ｘｇ ｎ Ｅ 测量机带有 Ｔ Ｐ类 触 发式 测量 头 。 为提 高测 量 系统 的 精 度 ， 需对 测 头 系统 进 行 误 差 分 析 和测 球 半 径 补 偿 。
测量头作 为测量传感 器 ， 是坐标 测量 系统 中非常重要 的部件ｍ 。三坐标测 量机 的工作 效率 、 度与测 精
量 头密切相关 ， 有先进 的测量头 ， 没 就无 法 发 挥 测 量 机 的卓 越 功 能 。 坐 标 测 量 机 的发 展 促 进 了新 型 测 头
收稿 日期 ：２ １ — ３０ ０ ００ ～ １ 基金 项 目 ：浙 江 省科 技 计 划项 目（ ０ ７ １ ４ ） ２ ０ Ｃ２ １ ７
浙 江科 技 学院 学报 ， ２ 第 ２卷第 ６期 ， ０ ０ １ ２ １ 年 ２月
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＺ ｅｉｎ ｉｅｓｔ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｈ ｊ ｇＵｎｖ ｒｉ ｏ ｉｎ ｅａ ｄＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ａ ｙ Ｓ
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ６，Ｄｅ ．２ １ １２ ． ｃ ００
ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔａ ｃ ｒ ｃ ｓｉ ｐｒ ｅ ａ ｕｒ ｍ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｉ ｍ ｏｖ ｄ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｒ ｉａ ｅｍｅ ｓ ｒｍｅ ｃ ｉ ｅ ｒ ｂ ｙ ｔｍｓ；ｅ ｒ ｒａ ａ ｙ ｉ ；ｐ ｏ ｅｑ ａｉｉａｉ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ｏ ｄｎ ｔ ａ ｕ ｅ ｎｔｍａ ｈ ｎ ；ｐ ｏ ｅｓ ｓｅ ｒｏ ｎ ｌｓｓ ｒ ｂ ｕ ｌ ｃ ｔｏ ｆ
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究 杨志伟
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法的研究杨志伟摘要：在20世纪60年代初，坐标测量机首次被投放到一个准确高效的市场齿轮坐标测量机这一水平的技术基础是计算机、数控和电子技术的重大发展。
数控设备的复杂形状和部件。
如今，三坐标测量机已成为其加工而设计的简单支撑装置的控制器。
它广泛应用于航空、汽车、工业和民用领域，机械及其他工作在工业界。
得到了现代工业鉴定和质量控制不可缺少的测量设备供使用。
因此，搞好三坐标测量机的使用，使其在生产中发挥应有的作用是非常重要的。
将三坐标测量机过程中的误差来源以及如何修正误差，使测量值更接近实际值，对技术实践具有重要意义。
关键词：三坐标测量机；测量误差；补偿方法三坐标测量机广泛应用于设计、制造、测试等领域。
在现实生活的测量过程中，仍存在着样品探针磨损、测量路径选择等测量误差因素。
因此是提高精度的有效方法，分析了误差来源，介绍了一种合适的补偿方法。
1坐标测量机误差分类根据故障特征的不同，误差可分为准静态误差和动态误差准误差-静态误差是指由外部因素及其结构引起的缺陷，而许多动态误差是由时间变化的因素引起的。
2三坐标测量机误差源分析2.1准静态源分析三坐标测量机的静态故障是由温度、湿度、振动、机床控制机构的运动、磨损和测量方法等多种因素引起的。
2.2.动态误差源分析三坐标测量机由机体、驱动、控制系统、导轨、横向部件、计算机和软件组成。
测量过程产生很大的惯性力。
测量过程将有一条大惯性河但是，因为三坐标测量机的运动部件和控制轨刚度较低，运动部件在惯性作用下运动，测针偏离其正交位置，产生动态缺陷。
由于三坐标测量机控制轨架运动的精度随三轴运动速度的变化而变化，接触力、探头等效半径和冲击力随这一过程的变化而变化，导致运动速度的偏差和三坐标测量机接近度的变化而产生动态误差。
3三坐标测量机的误差补偿方法3.1三坐标测量机温度补偿方法三坐标测量机的温度补偿主要由三部分组成：标准温度下结构参数的标定，实时温度采集系统及误差补偿方案系统。
三坐标测量机的误差分析与改进
三坐标测量机的误差分析与改进作者：蒯雪娇来源：《科学与财富》2017年第18期摘要：三坐标测量机机械结构复杂，误差来源多，其中机械结构误差对空间点的测量影响最大，且难以量化。
可通过误差预防和误差补偿来减少测量误差。
误差预防是通过改善测量机的机身结构、改变测头的信号触发机制和测量的过程设计等。
误差补偿是在不改变机床机械结构的基础上，建立机床相应坐标的误差模型，再根据模型对各轴进行校准。
关键词：三坐标测量；误差；预防；补偿1引言三坐标测量机是一种集机械、光学、电子、数控技术和计算机技术为一体的接触式高精度、自动化、多功能测量仪器。
现有的三坐标测量机是通过三个相互垂直运动X轴、Y轴和Z 轴主体，使测量头可以同时在三个坐标方向运动，以通过多个点的坐标来精确探测物件的形状、轮廓等尺寸参数。
目前其不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。
为了适应制造业的高精度、高强度的发展趋势，三坐标测量机也在朝着精细化、大型化和高精化发展。
而为保证测量结果的正确性，减少误差的方法主要有：误差预防和误差补偿。
误差预防是通过改善测量机的探头测量误差、三轴导轨的机械间隙、定位误差、光栅尺的分度误差和测量的过程设计等来预防误差的产生。
误差补偿是在不改变机床机械结构的基础上，建立机床相应坐标的误差模型，再根据模型对各轴进行校准。
2误差预防2.1测量机结构改善测量机的机身结构严重影响其测量的精度，例如在运行时产生的噪声、摩擦，严重影响机身的运行速度以及移动的平稳性，从而使测量产生误差。
现有技术中主要通过对各结构部件材料、运动动力源、传动部件等做出改进[1]，如将梁柱材料选用三角梁形式并选用航空铝材料，以使其承受一定载荷并不变形，增加了传动的稳定性、传动精度；传动部件内设置环抱空气轴承，并通过气泵驱动，以改善传动减少摩擦振动，增加了运行速度，提高测量效率。
2.2测头设计三坐标测量机的测头是测量误差的主要来源。
为什么三坐标触发式测头校正后的直径值比名义值小
为什么三坐标触发式测头校正后的直径值比名义值小三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正，这是进行测量前必须要做的一个非常重要的工作步骤，因为测头校正中的误差将加入到以后的零件测量中。
而在触发式测头校正后的测针宝石球直径要比其名义值小，这使许多操作员感到奇怪，但是要解释原因，可不是一两句话能说清楚的。
让我们从校正测头的原理说起。
1、为什么要校正测头：校正测头主要有两个原因：为了得到测针的红宝石球的补偿直径和不同测针位置与第一个测针位置之间的关系。
坐标测量机在进行测量时，是用测针的宝石球接触被测零件的测量部位，此时测头(传感器)发出触测信号，该信号进入计数系统后，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，工作中的测量软件就收到一个由X、Y、Z坐标表示的点。
这个坐标点我们可以理解为是测针宝石球中心的坐标，它与我们真正需要的测针宝石球与工件接触点相差一个宝石球半径。
为了准确计算出我们所要的接触点坐标，必须通过测头校正得到测针宝石球的半/直径。
在实际测量工作中，零件是不能随意搬动和翻转的，为了便于测量，需要根据实际情况选择测头位置和长度、形状不同的测针(星形、柱形、针形)。
为了使这些不同的测头位置、不同的测针所测量的元素能够直接进行计算，要把它们之间的关系测量出来，在计算时进行换算。
所以需要进行测头校正。
2、测头校正的原理：测头校正主要使用标准球进行。
标准球的直径在10mm至50mm之间，其直径和形状误差经过校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。
测头校正前需要对测头进行定义，根据测量软件要求，选择(输入)测座、测头、加长杆、测针、标准球直径(是标准球校准后的实际直径值)等(有的软件要输入测针到测座中心距离)，同时要分别定义能够区别其不同角度、位置或长度的测头编号。
用手动、操纵杆、自动方式在标准球的最大范围内触测5点以上(一般推荐在7～11点)，点的分布要均匀。
计算机软件在收到这些点后(宝石球中心坐标X、Y、Z值)，进行球的拟合计算，得出拟合球的球心坐标、直径和形状误差。
三坐标使用中常见测量误差初步分析
三坐标使用中常见测量误差初步分析摘要：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。
探析三坐标测量误差产生的原因与控制措施
探析三坐标测量误差产生的原因与控制措施发布时间：2022-02-25T07:48:20.673Z 来源：《中国科技信息》2021年11月中32期作者：施山菁[导读] 三坐标测量是精密测量工件的一种重要方法，该方法在机械制造和汽车工业等很多现代工业领域中广泛应用。
三坐标测量主要是使用三坐标测量机检验和测量工件形位公差等，能够判断工件的误差是否在允许范围之内的一种方法，这种方位即为三坐标测量。
三坐标测量具有高效和和精确度较高等优势，但是在实际应用过程中还存在着较大的限制性，在测量工作中存在着一定的误差，因此，需要采取有效的措施对系统性误差进行弥补，这样能够提升测量数据的精确度。
本文对三坐标测量误差产生的原因进行详细的分析，并提出了具体可行的控制措施，尽可能的将误差控制在允许范围之内。
南通市计量检定测试所身份证号3206021987071****1 施山菁江苏南通 226000摘要：三坐标测量是精密测量工件的一种重要方法，该方法在机械制造和汽车工业等很多现代工业领域中广泛应用。
三坐标测量主要是使用三坐标测量机检验和测量工件形位公差等，能够判断工件的误差是否在允许范围之内的一种方法，这种方位即为三坐标测量。
三坐标测量具有高效和和精确度较高等优势，但是在实际应用过程中还存在着较大的限制性，在测量工作中存在着一定的误差，因此，需要采取有效的措施对系统性误差进行弥补，这样能够提升测量数据的精确度。
本文对三坐标测量误差产生的原因进行详细的分析，并提出了具体可行的控制措施，尽可能的将误差控制在允许范围之内。
关键词：三坐标测量、测量误差、控制措施三坐标测量是使用三坐标测量机检验和测量工件的形位公差，在汽车和航空航天以及其他机械加工行业得到了广泛的应用，该测量方式已经是较为常用的测量手段，三坐标测量的使用也较为普遍。
当前，很多外资或者跨国企业的窗厂产品需要第三方认证并提供检测报告，因此，在加工制造行业中进行三坐标测量越来越重要。
触发式测头预行程误差分析与建模
触发式测头预行程误差分析与建模王传生;韩建彬;冯旭刚;章家岩【摘要】触发式测头是最受三坐标测量机亲睐的测量系统,广泛地应用于精密测量领域,触发式测头中的预行程则是影响测量系统精度的最大因素,有必要对预行程进行深入研究.本文分析了触发式测头的组成机构及其受力情况,探讨了对预行程具有较大影响的测杆旋转位移、测杆变形位移和测头变形位移,最终得到预行程数学模型,通过仿真实验得到预行程数据,对于以后预行程误差的修正与补偿工作具有重大的意义.【期刊名称】《机械工业标准化与质量》【年(卷),期】2018(000)012【总页数】4页(P46-49)【关键词】触发式测头;预行程;数学模型;三坐标测量机【作者】王传生;韩建彬;冯旭刚;章家岩【作者单位】马鞍山市特种设备监督检验中心;马鞍山市特种设备监督检验中心;安徽工业大学;安徽工业大学【正文语种】中文1 引言触发式测头系统是三坐标测量机中使用最多的测量系统，广泛地应用于精密测量领域，但是触发式机构中各类误差源依旧给工件的精密检测带来较大困扰。
Butler等人的研究表明测头预行程误差在测量整体误差中的比重高达60%，并且测头系统的触发精度直接受到预行程变化的影响。
触发式测头中测杆长度和触发力大小直接影响着预行程大小，测杆长度越长产生的预行程越大，触发力增加预行程也会增加，通过对触发力进行理论分析和计算，可定性得出触发力对预行程的影响。
然而，预行程影响因素众多，例如测杆旋转位移、测杆弯曲变形位移、测头变形位移等，为深入分析各项因素对预行程的影响，精确计算触发式测头预行程，有必要对触发式测头预行程中各项因素进行深入研究。
2 触发式测头触发式测头工作原理等价于一个零位发讯式开关，具有结构简单，工作可靠，测量快速，价格低廉等特点，至今仍广泛应用于精密测量领域。
触发式测头结构如图1所示。
图中六个钢球与相隔120°圆柱体构成接触副，三个接触副构成一个电回路，安装在测座上的测头在弹簧力的作用下使三个接触副完全接触。
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２１年 ４ ０１ 月
三坐标测 量机触发式测 头误差分析
张心 明 崔连 柱
（ 春 理 工 大 学 ， 吉 林 长 春 １０ ２ ） 长 ３ ０ ２
摘
要：通过对三坐标测量机 中广泛使用的触发式测头 的简化模型进行受力分析 ， 通过对测头模型预行程变化的定
．
量 分析 ，得 到 影 响 预 行程 的 因素 。
Hale Waihona Puke ｉｏ ｆｃ ｓ ０ ｃ ｓ ｓ ￣ ＋ｋ ｉｆ 。由于 旋转 角 ｃ ｓ ｏ ￣ ＋ｊ ｏ ｆ ｉ ｏ ｌ ｏ ｌ ｎｏ ｓｌ ｎ
ｆ非常 小 ， 因此 由于 旋转 所产 生 的位 移 量 可 以用
Ｒ 表 示 。所 以旋转 位移 可 以表示 为 ： ｄ ＝Ｒ （ｃ ｓ ｃ ｓｏ＋ Ｒ ｒｉｏ ｆ ｏ ￣ ｌ ｏ
的三 条 圆柱腿 与三对 触 点均保 持接触 ；当测杆 的 球状 端部 与工件接 触 时，不论受 到 ｘ、Ｙ、ｚ哪个 方 向的接 触力 ，至少 会 引起 一个 圆柱 腿与 触点 脱
． ．
‘
・
离接触 ，从 而 引起 电路 的断开 ，产 生 阶跃信 号 ， 通过采 样 电路 ，将沿 三个轴 方 向的坐 标数据 存储 处理 。 同时一个 与测 杆 同轴 的弹 簧提 供预 载 ， 以 测 头 凸角存在 的原因是 触发 式测 头 的三 点设
采集一 个测 量数据 。可见测 头 的性能 直接影 响测
量精度 和测 量效率 。触 发式 测头 结构 简单 、成本 低 ，可 用于 高速测 量 ，所 以广泛 应用 于现代 三坐 标测量 机 中 。但 由于 其精度 稍低 ，而 且不 能 以接 触状态 停 留在工件 表 面 ，因而只 能对 工件表 面作 离散 的逐 点测 量 ，不能作 连续 的扫描测 量 。
计原 则 ，当作用 给测 端一个 特 定方 向的力 时 ，可 能会产 生绕 一个或 两个接 触 点的旋转 ，导致 所需
／
图 ２ 测 头 凸 角 示 意 图
触 发力 的不 同 ，即产生 预行程 变化 ，如 图 ２ 所示 。 图中可 以明显看 到三 个 凸角 ，反映 了预行 程 的变 化量接 近 １ｇ 这种变 化模式 显示 － ７ ｍ。 ；Ｎ头
确保 圆柱腿 与触 点 的接 触及 复位 。因此这种 测头
色 ，测量机 提供 数据 需要更 加严 格精 确 。测量机 的精度 和 重复性 受 多种 因素 的影 响 ，本研 究针对 三坐标 测 量机 中广 泛 使用 的触发 式测 头 的受力分 析模 型进行 分析 ，着 重通过 对测 头预 行程变 化 的
作者 简介 ：张心 明 （９７年一 ，男，研 究员 ，研究 方 向：精密 、超精 密加 工 、检 测及 装备 。 １６ ） 崔连 柱 （９ ３ ） １８ 年一 ，男，硕 士研究 生 ，研究方 向 ：精密 、超精密 加工 、检测 及装 备 。
第 ２期
张心 明 等 ：三 坐 标 测 量 机 触 发 式 测 头 误 差 分 析
又因为ｃｓ ＝ ／ ｓ ＝ ／ ｏｆ ＰＲ，ｉ ＬＲ，且定义 ｌ ｎ Ｐ ， ＝ａ ： ／ 所以： ｒ ｔ ｎ ＬＰ，
端与 部件表 面触 发产 生 的力 Ｆ（ ， ， Ｆ 的方 向 Ｏ ） 力 是 由极角 ０和方 位 角 决定 的 。假 设测 头运 动 方
图 １ 触 发 式测 头结 构 示 意 图
１ ． 弹簧 ；２． 针 ：３ 号触 发机 构 ．４ 坝 ． 信
１ 触 发式 测 头 结 构 分析
常用触 发式测 头 内部 结构 如 图 １所示 。测杆
Ｙ
安装在 三 角架上 ，而 三角架 的三 条 圆柱腿 定位 于 三对触 点上 ，当测杆 没有受 到测 量力 时 ，三 角架
行程 的存在 并非 是误 差源 ， 因为在测 头认证 过程
中 ，生产 厂家 已使用 一个 已知 半径 的标准球 来确 定 一 个 合 理 的 测 针 半径 来 消 除 平 均 预行 程 的 影
响。
测 头 是三坐标 测 量机 的重要 部分 ，一般 的测 头 是 由一个 杆和 红宝 石球组 成 ，主要 用来测 量 工 作表面 ，通 过测端 的机 械位 置移 动 ，触发信 号 并
定量 分析 ，得 到限制 三坐标 测量 机进 行高 精度 空 间测 量 的因素 ，并提 出进一 步进 行误 差补偿 的方
法。
具有信 号 触发 的开关 机构 、测 头再定 位机 构和超
行程保 护机 构 。 三 坐标 测量机 进行 测量 时 ，测头测 端 与被测 零件接 触 至测 头触 发之 间的 过程 为“ 预行程 ” 。预
轴 的旋 转 角 ｆ， 由此产 生 的位 移称 为 旋转 将
位 移 ，用符 号 表 示 ，测 针 长度 为 Ｐ ，三 角架 中
心 ｐ到 旋转轴 一 的距 离 为 上，旋转 半径 为 月 。
由图 ４可得 ：
尺 厨 ：
（ ２ ）
转 换 至 笛 卡 尔 坐 标 系 中 ， 单 位 方 向 向量 为
６ １
结构 的三 次对 称性 。这种 凸 角大 幅 降低 了三坐 标 测 量机 执 行高 精度 测量 的能 力 ，例 如 圆度 及 圆柱 度 的测 量 。
Ｚ
首先 假设 测 头是 一个 无 限硬 的 刚体 ，因此 可 以忽 略弯 曲因素 。为 产 生触 发信 号 ，会有 一个 绕
一
ｊ ｏ ｎ ＋ ｓ ｃｓ ｓ ‰ ｋ ｉ ｐｉ ｎ￥
， ”
２ 测 头 模 型 受 力 分 析
＝
如 图 ３ 所示 ，测 头 位 于 笛 卡 尔 坐标 系 当 中 （ｙ ｘｚ，单位 向量 ｉｋ） ｊ ，测 针 与 ｚ轴 重合 。测 针
长度 为 Ｐ， 圆柱腿 ＯＣ 的投影 与 轴夹 角 ，测
关键 词 ：三 坐 标 测 量机 ；误 差 分 析 ； 触 发测 头
中 图分 类 号 ： Ｔ ７ Ｔ ３ １ ６ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ — ８ １ ０ １ｏ— ６— ３ Ｈ ２ Ｐ ９． ７ ６ ２４ ０ （ １）２ ０ ０ ０ ２
随着 测 量机在 应用 领域 扮演着 日益 重要 的角