三坐标测量机测量圆弧的误差分析

　　0　引　　言

　　随着现代制造业的飞速发展,三坐标测量机以其测量精度高、稳定性好、操作方便快捷应用非常广泛。在使用三坐标测量机测量有些几何要素时,有时候测量准确度不是很高,甚至出现零件几何要素的实际加工精度很高,而使用三坐标机测量的结果明显与其相差较大。为什么会出现这种误判情况?本文将以圆弧测量为例来分析测量误差产生的原因。

　　1　圆弧测量的误差原因分析

　　用三坐标机测量圆弧的方法就是使用测球在圆弧上采集有限的点(一般是三点),然后测量软件会自动模拟成一个圆弧,若操作不当,会引起以下测量误差:以椭圆弧测量代替圆弧测量引起的测量误差、零件本身制造引起的测量误差、测头半径未被修正引起的测量误差、小中心角圆弧的敏感系数引起的误差。

　　1.1　以椭圆弧测量代替圆弧测量

　　1.1.1　被测圆弧面与测量机基准不平行由于各种原因(如零件装夹不正,装夹面有毛刺或削等凸起,装夹面与被测圆弧面的平行或垂直位置关系较差)引起被测圆弧面与测量机基准不平行,即被测圆弧与测量机的机器基准有一个倾斜角,从而没有真正测量到要测的圆弧,而是测量一段椭圆弧来代替了要测的圆弧,因此引起测量误差。

　　如图1所示,我们本来的目的是要测量圆弧ABC,也就是测量被测圆弧上的A、B、C三点来让三坐标测量软件自动计算出被测圆弧的中心坐标和半径,而实际上测量的是A、D、E三点,弧ADE实际是个椭圆弧,但使用的是测量圆弧的程序,测量软件会自动按A,D,E三点模拟计算出一个圆弧,这样测量得到的圆弧ADE与实际要测量的圆弧ABC的半径必然有误差。假设圆弧ABC的半径为R20.000 mm,倾斜角为2°,实际测量的圆弧ADE经过三坐标模拟计算出的数值为R20.015 mm,误差值为0.015 mm。

　　针对这种情况,解决的方法有3种:

　　1.消除或减小被测圆弧与测量机器之间的不平行误差,如注意装夹不正,清理装夹面上的毛刺或凸起,选用与被测圆弧平行或垂直位置关系好的面作为装夹面,要求加工时各装夹面和被测圆弧保持高的位置精度,这些都能减小测量误差。

    　2.选择零件上与被测圆弧平行度好的平面,测量并记录下来以作为辅助平面用,然后利用测量软件上的构造中的投影功能,将被测圆弧投影到辅助平面上,这样得到的圆弧测量结果误差几乎可以为零(前提是被测圆弧与辅助平面要平行)。

　　3.不使用机器坐标系,而是建立零件坐标系;即用测量软件的坐标系功能建立零件自己的坐标系,应该注意的是要选用与被测圆弧平行度或垂直度好的面来建立基准,然后在零件坐标系下再测量要测的圆弧,这样测的误差也是比较小的。