坐标测量机的验收检测标准及校准规范的再探讨

    1 引言

    本人曾在 2003 年论证 GB/T 16857.2—1997 eqv ISO 10360—2：1994《坐标计量学 第 2 部分：坐标测量机的性能评定》及 JJF 1064—2000《坐标测量机校准规范》存在的不足，提出增补多探针测量相关评定和校准项目的必要性和方法，并希望完善垂直度校准规范^[3]。这些是针对完善测量机机械精度校准而论的。

    近来在工作中又发现最新 GB/T 16857 eqv ISO10360 系列标准及 JJF 1064—2004 规范，尚未完全覆盖测量机测量软件包的质量评定，不足以对测量机性能实施全面的评价。

    三坐标测量机的主要要求是精度高、功能强、操作方便。测量机的硬件对测量机的精度和功能有重要影响，但软件也关系重大。人们一般对三坐标测量机软件引起的误差不太注意，认为数字计算可以很准确，只存在少量误差。测量机硬件的基本功能是采集点的坐标，而怎样将被测元素及其参数的测量转化为点的坐标测量，怎样根据测得的点的坐标求得被测参数，进行正确的评定从而达到测量的目的，都要通过测量软件实现。可以说测量机能测什么样的工件和哪些参数，实现什么样的功能，以及计算机精度补偿效果，主要由测量软件决定。

    2 数控三坐标测量机的软件问题

    2.1 测量机软件导致误差的原因

    20 年前，我国数控三坐标测量机开始生产和应用于实际测量，当时各品牌的测量机软件均是随测量机进口的。那时人们以为测量机的精度在应用测量软件补偿后，完全由测量机的硬件决定，软件是数字计算，不会出错。国际上关于测量机精度的验收标准也都是针对硬件性能的。2001 年 ISO 出台了 ISO 10360—6：2001《产品几何量技术规范（GPS）坐标测量机的验收检测和复检检测 第 6 部分：计算高斯拟合要素的误差的评定》标准，该标准也只是对测量软件中的基本几何要素测量部分的计算程序评价提出了要求。

    1983 年德国国家物理技术研究院（PTB）对一些测量软件进行了测试。该测试针对基本几何要素测量软件，被测元素为直线、平面、圆、圆柱、圆锥和球，被测参数包括这些元素的基本参数与相互关系，采用的评定准则均为最小二乘法。对 17 套软件共进行 44项测试，获得了 784 项结果，只有 37 项是令人满意的，线值差不超过 0.1μm，角度值差不超过 0.1″。18％的结果属 2 类，线值差在 0.1～0.5μm 之间，角度值差在0.1″～0.5″之间。令人不能接受的是在 748 项测试结果中有 148 项误差太大，线值差超过 2μm，角度值差超过 2″，占总测试数的 19.8％。另外 20.2％的项是不能计算或得不出完整的结果。后两类合在一起占总数40％。