仪器计量校准机构天溯与您探析三坐标测量机测量过程与误差

- 2019-09-26-

三坐标测量机是现代自动测量技术,是高精度、高效率自动测量技术发展的重要体现。根据其结构特点,可分为桥式、龙门式、便携式、悬臂等。桥梁是一种非常常见的结构。我公司生产的三坐标测量机多为桥式结构,适合于日常教学和应用。三坐标测量机的测量原理是精确测量零件表面的空间三坐标值,通过一定的算法将其拟合成直线、曲面、圆柱体、球体等测量元件,并通过数学计算得到形状、位置等几何数据。由此可见,零件表面点坐标的精确测量是形状、位置等几何误差评定的基础。

然而,CMM的实际应用还不充分,主要是因为CMM的使用和使用需要专业知识基础,而非专业人员很难进行后期编程等操作。更重要的是,测量方法没有统一的标准,如点数、位置等。企业和大学依靠经验丰富的测量师完成工件检验测试、实践教学等


简要分析了三坐标测量机的测量过程,消除了人员、经验和特殊工件对测量过程的影响,提出了一种通用的测量过程,包括分析工件图纸、设计测量方案、完成测量过程、评价测量结果打印测量报告。这将有助于CMM初学者的学习和巩固,是测量人员形成良好测量习惯和标准测量过程的重要知识基础。


1:测量过程分析


本文以daisy8106坐标测量机为例,采用ac-dmis通用测量软件。结合实践教学,简要分析了三坐标测量机的测量过程。



1.1测量要求与流程



三坐标测量机是一种高精度的测量设备,对工作环境有严格的要求,如温度控制在20±2℃,湿度控制在40%-60%,并有良好的防震保证


对图纸进行分析,根据图纸要求确定测量值,并对测量过程进行粗略规划,如基准点的选择、测点的布置等。


在测量之前,应选择合适的探头并进行校准,以获得球的半径。探头校准一般以标准球为基准,测点方法至少为五点,即从标准球顶部取一点,在赤道上测四点。校准时,测量座、测量头、标准球应固定良好,表面清洁。探头的标定是开始测量的第一步,对测量结果有很大的影响,必须引起足够的重视。

为了避免在测量中使用机床坐标系引起的归零误差,需要在测量前建立工件坐标系。建立合适的坐标系是三坐标测量机后续测量的基础。合理的坐标系有助于提高测量精度和效率。此外,在程序设计中建立适当的坐标系,可以降低批量测试的工作强度,提高测试速度。简而言之,建立坐标系有三种方法:


1.工件位置对准。它主要用于测量规则几何工件时建立坐标系。三维模型的存在是不需要的。用这种方法建立工件坐标系时,必须遵循321规则,即首先在被测工件上取三个以上的点来确定基准面,然后在工件上测量两个以上的点来确定基准线,最后,确定基准点,完成坐标系的建立。


2.RPS找到了正确的位置。通过RPS对准建立工件坐标系需要三维模型,主要针对原点不在工件本身或找不到相应的基准元素的情况。它主要用于汽车、飞机附件等弯曲薄壁、钣金件,其坐标系主要在车身或机身上


3.三个中心点对齐。三点对中建立坐标系的方法简称三点对中。它需要三维模型。主要针对一些特殊工件需要通过三点定位来确定工件位置的情况。其中,三个中心点必须是空间的非矢量元素,才能确定准确的位置。元素包括点、圆、椭圆、球、方槽和圆槽,但点必须精确定位,只有投影圆、椭圆、方槽和圆槽时才能建立坐标系。



为了得到更准确的测量数据,在测量过程中要注意工件的摆放,保证工件测点的顺序与测量针的运动方向一致,使测量头的运动更加合理和安全。三坐标测量机是提取曲面点的空间坐标来完成各种几何数据的测量。因此,测点数量和位置的选择是非常重要的。理论上,采样点越多越好。合理增加测量点数,可以有效降低测量的不确定度。在实践中,采样点尽可能多、分布均匀,覆盖了元素的整个范围,符合元素测量采样点的规律。此外,还可以通过数学计算来分析点的数量和位置。Kim等人。研究了测量点与测量结果的关系。结果表明,测点越多,测量结果越准确,但实际应用较少,测点数量和经验确定最少。测量点过多会降低测量效率,测量位置和测量点应根据测量任务和精度要求确定。





三坐标测量机提取空间采样点坐标后,通过数学运算得到零件的几何参数误差。算法中经常使用最小二乘法。


1.2测量结果评价与误差来源分析



测量过程完成后,对测量结果的分析和评价,主要是对误差源的分析,是高精度产品检验的要求,直接影响产品的评价。它是测量可靠性的表示,定量计算描述的是测量不确定度。测量不确定度的主要影响因素如下:

①方法误差。主要是指由于测量方法的不完善而引起的误差,如采样点的数量和位置的选择、基准点的选择和测量、工件安装的合理性等。测量方法的选择应以对图纸的透彻分析为基础对于不清楚的地方,可由有经验的人员掌握。

②设备错误。是指由测量设备本身的误差引起的测量误差,一般用测量机的指示误差或不确定度来表示。这与机器的工作状况有关。因此,对三坐标测量机进行日常维护和定期的精度补偿是非常重要的。此外,探头部分也是产生这种误差的重要来源,如测量基座不同角度的旋转和定位误差等。误差补偿技术是纠正测量设备误差的重要方法,科研人员对此进行了深入的研究,这是主要的未来提高三坐标测量机测量精度的发展趋势。

③人员失误。指测量人员由于自身能力的限制而引入的误差,如人工取点时由于测量速度、方向和强度的不同而引起的误差。在工作过程中,测量人员尽量使各种测量因素趋于一致并减小到最小,如测量力相同、测量速度均匀过渡等,并尽量采用三坐标测量机的自动测量方式,在一定程度上减少了人员误差。

④环境误差。指环境因素与测量设备规定的标准状态不一致而引起的误差。例如温度、湿度、气压、振动、粉尘等,其中温度对测量精度影响最大。三坐标测量机运行的温度要求为20±2摄氏度


结束语


三坐标测量机作为一种精密的测量方法,对测量过程有着严格的要求。本文详细分析了测量过程中的主要环节,包括测量环境的要求、探头的标定、工件坐标系的建立、工件位置的设置、采样点的数量和位置等,并对测量过程中的数据来源进行了分析讨论了测量过程中的方法误差、设备误差、人员误差和环境误差,并提出了相应的对策。实践证明,良好的测量操作和测量结果的误差分析可以实现三坐标测量机的高精度、高效率的使用。同时,也是测量人员的一项重要素质要求。



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