三坐标测量机X向位置偏差的测量不确定度

　　1　引　　言

　　在三坐标测量机(CMM)误差补偿技术广泛应用的今天,对各项误差测量结果的不确定度评定就应提到议事日程上来了。在使用激光干涉仪对CMM X方向位置偏差δx(x)(以下简写为δxx)的测量中,由于温度偏离标准温度对激光干涉仪的影响与对CMM X方向实际尺寸的影响完全不同,行程的长短对测量结果准确度的影响是不可忽略的。在此,在数学模型中充分考虑了温度偏离20℃对被测量的影响。

　　2　CMM X方向位置偏差测量不确定度评定数学模型与不确定度传播律

　　数学模型的建立应考虑以下因素:环境对被测量的影响;环境对测量仪器的影响;被测量几何特征。环境对测量仪器的影响主要是大气温度,湿度,压力相对标准条件的差值造成激光干涉仪准确度下降。这些因素目前均以补偿方式克服,不可克服的部分则以光速率补偿误差的形式作为仪器性能指标给出,以B类不确定度进入不确定度评定链。被测量几何特征考虑到在CMM误差图[2]Δx的表达式中,阿贝臂及其他相关误差得到了充分体现,δxx作为Δx表达式的一部分,在Δx的不确定度u(Δx)中,阿贝臂及其他相关误差测量结果的不确定度都将被准确的描述。因此数学建模主要考虑了被测量温度偏离20℃对测得值准确度的影响。

　　2.1　测量方法(双频激光干涉仪测量移动桥式测量机)[3]

　　δxx的测量应该在整个测量空间进行。激光头固定在工作台上Zr层Yk列,调整其光线平行于X轴,反射镜固定在移动桥上,调整其与激光头的位置相适应。

　　CMM测头相对测杆固定,调整到Zr层Yk列X=0点。从原点开始在X向选择m个目标位置Xrki,测头在第Zr层Yk列沿X方向运动到一系列目标位置,停留足够时间,从CMM读数系统读取Xrki。当移动桥(单向)第j次向第i个目标位置Xrki趋近时,激光干涉仪读数Xrkij为实际测得的尺寸。可以按标准检验循环在i=1～m个目标位置上进行测量,每个目标位置在每个方向上测j=1～n次,则第j次趋近于第i个目标位置的单向位置偏差(下面简称位置偏差)为:ΔXrkij=Xrki-Xrkij

　　为简化略去脚标r,k:ΔXij=Xij-Xi=δxx

　　2.2　数学模型

　　考虑温度偏离20℃对CMM X方向的线性影响,δxx的数学模型为:

　　2.3　不确定度传播律

　　考虑实施温度补偿,Δtx=0,则不确定度传播律为:

　　3　标准不确定度分量

　　不确定度传播律中的各分量可称为不确定度评定链中的一级不确定度,可归于某个一级不确定度的分量称为二级不确定度。二级不确定度向一级不确定度的合成一般无传递系数,采用方和根法合成。

　　3.1　激光干涉仪读数引起的不确定度u(Xij)