影响三坐标测量机测量结果因素及测量策略

 　　随着中国先进制造业的迅速崛起，三坐标测量机应运而生(以下简称CMM)正日益进入机械制造和逆向工程领域。据估计，中国对三坐标测量机的年需求量将为40000台以上。

　　三坐标测量机可以在许多场合完成繁重而精确的测量任务。制造业中使用的三坐标测量设备的精度指标是“重要的”，但仪器的有效性、合适的测量范围和模型、使用仪器的方法(策略)、与过程和环境的兼容性以及仪器的实用性同样重要。

　　1.1影响三坐标测量结果的因素

　　(1)三坐标测量机设备。根据国家标准GB/T16857.2-1997(等效国际标准ISO10360-2-1994)，三坐标测量机误差分为两类:长度测量的指示误差E和检测误差R。e指实测长度和实际长度标准长度的真实值。R是指用CMM测量标准球半径的变化范围而确定的误差。它们是CMM自身存在的正值常量综合误差.CMM设备误差还应包括标准器量值的本身不确定误差。机器的动态误差还与探测方向、探测速度、触测距离和加速度值等相关。用触发测头时不同探测参数对坐标测量机的精度均发生影响。不同的三坐标测量机生成厂家生成的测量机的测量精度及稳定性差别较大，建议您采用国际公认的德国进口蔡司三坐标：稳定性好、精度高、有口皆碑。

　　(2)测量的环境。指在测量过程中受到外界温度、湿度、气压、电磁场、震动、光照等因素的影响而产生的误差

　　(3)测量人员及方法。测量人员及方法误差是指测量人员操作CMM不当造成的误差。如测量策略选择不当;标定不当、标尺使用不当或测杆变形、测针球径误差;测头镜头组合选择不当;测量顺序不当;工件表面标志点安放不当;工件被测表面预处理不当;后处理不当;测量环境选择不当等。

　　(4)被测工件本身。工件本身的表面粗糙度和形状精度对测量误差影响不小。如果工件表面粗糙度太低，三坐标测量机探头在工件上取不同的点将不可避免地产生尺寸测量误差。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，也会产生较大的形位误差。工件的安装精度同样也很重要，对刚性差的工件，要保证安装时装夹不变形。过重的工件负载也会带来力变形误差。

　　1.2三坐标测量机探测策略

　　英国国家物理实验室(NPL)制定了测量过程中的六原则，其中第6条特别强调测量时要有“正确的过程：所有测量的过程应当经深思熟虑并与国家或国际标准相一致。”所“深思熟虑”也即在作高精度的测量时用户要有正确的探测策略。测量精度水平与机器及软件有关，测量策略与人有关，不合理就会导致检测质量及结果的可信度降低。最终影响到产品的质量，根据CMM测量的特点，其通用的测量策略要考虑的因素包括：在工件上选取被测的特征;在坐标系统内定义工件基准;选择工件方向;选择工件固定方法;标定测头;定出探测策略;坐标测量机编程;记录评价信息等。本文仅对探测策略展开讨论。

　　(1)重视测量方法的误差。如CMM用于零件和部件的尺寸误差和形位误差的测量，国标形位误差的测量方法种类有100余种，如果用户采用的检测原则和方法不当，便会造成测量方法误差。因此，用户一定要熟悉并严格遵循GB1958-80《形状和位置公差检测规定》中规定的测量方法来检测工件。

　　(2)正确选择探测点数量及探测位置。被加工的零件往往是一些标准几何特征的组合。这些特征的几何性质可通过许多测量点用拟合的办法得出。测量的数据应当反映被测特征的特性，为得到可靠的结果数据不宜太少，测点的恰当分布可以防止带来不可靠的根据而导致错误的结果。

　　(3)确定合适的测点数量。恰当分布的CMM测点数越多结论越可靠，但测点越多花费的时间必然越长。测量时测点不可太少，也不宜太多，否则引起测量效率下降或者引起条件漂移造成误差，用户必须在所要求的精度和速度等方面作出经济性的选择，同时注意由于局部特征造成的问题(如表面粗糙度精度不够等。表1是由英国标准研究院标准BS7172:1989推荐的每种特征测点数。

　　(4)数值分析环节可以适当高估重要的量.CMM探测策略必须考虑结果不确定度所受的影响，即使测点数相同，测点的相对位置相同，测量结果仍不相同。例如测量和重复测量同一个圆柱，在重新定位前和后(绕圆柱轴线转一下)，测点位置不同，表面采点区域不同(它们包含形状偏差)，因而得到不同的测量结果;另外一种情况发生在特征检测时应离边缘多近。

　　(5)采用定期检查的策略。定期检查的目的之一是确认零件物理尺寸的变化以及它们的影响是可靠的和被了解的。这样必要时可以对生产过程作出调整。比如针对一个特定特征(圆柱)等，作为工业生产的零件我们可以使用CMM对它进行规律性的测量，对这特征作第一次(然后定期的)详细测量，从这些测量中可能推演出探测策略，这个策略对于目标不确定度是经济的而且可以知道它的影响，就会得到合适的结果。假设生产过程是恒定及慢速的产生变化，虽然通常零件的检测策略为测10个测点，而在每个第1000件时采100个测点，它们可以得到更为详细的信息。

　　简而言之，优化的检测策略通常取决于许多因素，例如，“形状”或比率;真实特征是完整的(完整的球)或部分的;真实功能是全部还是部分可访问;真实特征的形状偏差等。

　　以上介绍的是影响三坐标测量机测量结果因素及测量策略，希望对您使用三坐标测量机有所帮助。昆山友硕是蔡司三坐标一级代理商，主要销售蔡司三坐标、工业CT等蔡司全流程解决方案，欢迎您来电或在线咨询。