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专稿
三坐标测量机几何误差补偿关键技术验证
谭本能,唐纯纯,鲍晨兴
中航工业北京航空精密机械研究所,北京100076)
摘要」以三坐标測量机21项误羞理论为基础,分析总结测量机误羞补偿技术实施过程中的关键技术,探讨该项
技术的应用要点,编制误差补偿软件模块,验证坐标测机21项误差补偿的实际效果。结果表明在正确测量和
处理各项误差的基础上,21项误差补偿方法可明显提高系统精度
关键词]空间精度;误差补偿;坐标測量
中图分类号]TP274
文献标识码]A
文章编号]1003-5451(2017)05-0001-04
Verifying Key Techniques in Error ompensation for Coordinate
Measurement Machine
TAN Ben-neng TANG Chun-chun BAO Chen-xin
AVIC Beijing Precision Lnginceriny Institutc for Airerall Industry, Beijiny 100076
Iabstracti According to 21 errors compensation theory, analysis and summarize the key
techniques in error compensation were analyzed and summarized. The important steps in the errors
compensation were discussed. The error compensation calculating sofiware was programmed. The electiveness of 21
crrors compensation was vcrilicd. The result indicates that the measuremcnt accuracy of the cquipment could be mor
precise obviously after measuring and calculating all crrors correctly
Kcywords volumetric accuracy; error compensation; coordinate measurement
引言
的零件。为了提高坐标测量机的系统测量精度可从以
下方面采取措施:提高系统设计精度,最大限度提高测
坐标测量机属于数控机床类的精密检測设备,量机关键岺部件的机械加工精度,提高各轴的加工精
其精度高于·般的数控加工机床,被广泛应用在航空、度,用严格方法检验零部件,提高机械装配精度。在上
航天汽车、机械、模具等制造业,可对产品的几何尺寸述措施得到保障的基础上,测量机的系统初始测量精
和形位公差进行准确检测,是保证产品形位公差质量度在无软作补偿的条件下,一般为0.01-~0.02mm,需采
必不可少的关健设备。
用误差补偿的方法进一步提高系统精度,使其达到设
空间精度是衡量数控加工设备和坐标测量设备的计要求
关键指标,只有空间精度合格,才有可能保证数控设备
目前在坐标测量机制造行业,广泛采用21项误差
在其精度范围内,制造或测量出具有合格尺寸及形状补偿的方法,由测量机公司技术人员完成。对于自行
作者简介:谭本能(1962-),男,研究员,长期从事图形软件及坐标涮量技术开发与应用研究
万方数
三坐标测曼机几何误差补偿关键技术验证
研制的专用测量设备,就需进行21项误差补偿工作,运动自线度误差,d、dl、d。为角运动误差。
提高系统测量精度。
三坐标测量机系统误差共有21项:
3项定位误差精度(D。、D、、の
2坐标测量设备误差相关分析
6项运剥直线度(D、D、Dx、D:、D2Dy
9项角运误差(d、d、d、dx、4、d、d、dl,、dl)
2.1角运动误差的影响
3项垂直度(On、92:9)
坐标测量机的X、Y、7三个运动轴,在各自的导
21项系统误差的各项数值需使用高精度的测量工
轨而上做直线运动,山于现有制造设备的加工误差,不具和设备,按一定的间距准确测出,具体方法可参见文
可能把导轨面加工到绝对的平直。三坐标测量机的运献l生产型测量机的检测问距一般取100mm,精密
动部件在移动过程中会出现不同程度的轻微转动(滚型测量机的检测间距般取50m或更小间距
动、俯仰、偏摆),造成三个运动轴的角运动误差,最终
21项系统误差补偿过程巾测得的数值应准确,正
引起测尖的坐标位置误差。
负符号要与误差补偿文件( error map)所约定的规则
运动轴的角运动误差数值正比于测犬到转动中心致,否则,软件补偿计算将会得出错误的结果,造成误差
的距离,该值有可能被放人,在安装测头加长杆后,误补偿失效
差会更大。不同的测村长度及方向会造成不同大小的2.321项误差补偿的计算方法
误差,当测杆长度为300mm,造成的角运动误差有可能
为了准确计算各项误差可能引起的坐标误差,同样
为15&m,严重影响系统精度,对此类角运动误差必须采用分解的方法,把每项误差在X、Y、Z三个方向上
严格控制。
解,计算可能带来的坐标误差具体数值,若没有影响或
根据运动合成的基本原理,可把三坐标测量机的影响值极小,则该数值为0。21项误差的分析计算要
角运动误差分解为分别绕X、Y、Z三个垂直轴旋转的根据貝体坐标测量设备的运动结构特点进行(参见文献
分量,以利于准确测量和计算,达到理想的补偿效果。「21),在表1中,以标准的“桥移动式三坐标測量机”为
例如,测量机沿X轴移动时的角运动误差可分解为:绕例,逐项进行分析,计算表达式中的X、Y、Z为坐标值(光
X轴旋转的d分量,绕Y轴旋转的d。分量,绕Z轴旋栅读数)分量,D、、D、D2为测尖相对于测头安装基准
转的d分量
位置的偏置值
2.221项误差理论的构成
2.421项误差补偿的关键环节
般的坐标测量设备误差包括:定位误差、直线度
角运误差与定位误差不同,测量机驱机构无法
运动误差(水平方向、垂直方向)、角运动误差(滚动角自接进行误差补偿调整,需用软件补偿的方法,间接补
(ROI.)俯仰角( PITCH)偏摆角(RAW))和垂直垂度偿。即计算出每个角运动误差所可能引起的XYZ坐标
误差。下图1中列出了测头沿X方向运动时,可能出位置误差,通过驱动机构分别补偿抵消。
现的6种几何误差,其中,D。为定位误差,D、D为
在进行21项误差补偿时,首先要把角运误差准
确测出,通过软件补偿的方法,补偿掉。这样就可以避
免把角运动误差引起的坐标位置误差;与定位及运动直
线度引起的误差相混合。
D-(垂直方向直线度误差
如果先测定位误差及运动直线度的误差,后测角运
动误差,则需要把角运动误差引起测尖的坐标位置误差
d,(俯仰)
从定位误差及运动直线度误差中减去,否则,造成误差
重复计算,误差补偿结果不准确,这一点必须注意
D(冰半方向直线度误差)
321项误差的测量与软件补偿
图1沿X方向运动时的6种几何误差
3.121项误差测量的主要步骤
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