三坐标测量机测端动态有效作用直径影响因素分析

　　0　引言

　　现代制造业的发展对三坐标测量机提出了更高的速度和精度要求。为了提高测量效率,三坐标测量机在测量过程中,往往以较高的移动速度接近被测目标,到达逼近距离后再以较低触测速度进行触测。测量机在测量过程中会历经加速和减速过程,计算机直接控制(direct computer con-trol,DCC)参数会实时改变,而这些DCC参数的改变会影响到测头系统的触发精度,对测量结果造成直接的影响[1-3]。

　　目前已有学者对这一问题展开了探讨,如文献[2]归纳出测头的初始移动速度、测头触测工件的触测速度以及逼近距离对测头系统的触发精度均会产生影响,并在固定其中两个因素的基础上,通过变动另外一个因素,观测测量误差的变化。最后对每个因素造成的误差分别用四次多项式函数进行了拟合,但是对拟合的效果只是简单地用图形进行了对比分析,并未作深入的量化分析。目前其他的研究也大多采用与文献[2]类似的实验辨别方法,即构造模型对输出的实验数据进行拟合,但并没有针对测量误差与各DCC参数之间复杂的关系进行建模。

　　本文引入测端动态有效作用直径作为衡量测量误差变量,在对测端动态有效作用直径影响机理分析的基础上,建立各DCC参数与测端动态有效作用直径之间关系的回归模型,并运用EViews软件对模型进行估计和验证,以期得出各DCC参数对测头测量精度的影响方向、程度等相关性结论,为改进触测方法及动态误差的修正提供参考依据。

　　1　测端动态有效作用直径的影响因素

　　1.1　测端动态有效作用直径

　　在尺寸测量中,测量机显示的是测头的位移量l1或l2,如图1所示[2]。为得到被测尺寸,外尺寸要减去测端直径d0,内尺寸要加上测端直径d0。在实际测量过程中,测头触发瞬间测杆弯曲变形量f产生了空间瞄准误差Δd。另外,从测头发出采样信号到CPU响应中断并锁存数据,存在系统时间延时,产生了采样误差Δl。因此,上述空间瞄准误差和采样误差导致测头实际移动的位移量为l′1或l′2。为了更直观地显现测量误差,引入测端有效作用直径d的概念,即令d= d0-2f,则测量外尺寸时L= l′1-d,测量内尺寸时L= l′2+d。在此概念下的测头为等效测头。也就是说,有效作用直径的引入相当于将测头误差全部加在了测端直径d0上,就像是测头直径在变大或变小一样。这个测端有效作用直径随着测量条件的不同是动态变化的,故命名为测端动态有效作用直径[2-7]。

　　1.2　测端动态有效作用直径的影响因素

　　图2所示触发式测头,由弹簧、三对钢球接触副和测头组成,其工作过程为:当三坐标测量机工作在自动运行的触发模式下,测头以移动速度v1移向被测工件,当到达逼近距离a时,以触测速度v2逼近被测工件进行触测。当测端与被测件接触时,测杆发生偏移和弯曲,使得三对接触副至少有一对脱开,发出开关信号,控制测量机光栅系统记录当前坐标值,通知测量机测头停下来并退离被测工件。