三坐标测量机误差补偿方法的研究

　　0　引言

　　水平臂移动式三坐标测量机由于主构件变形,不能像其它型式测量机一样采取处理误差补偿技术,且至今尚未见公开文献报道能完全解决这一技术问题[1-8]。当今各类水平臂测量机补偿方法都是采取部分补偿。

　　假定本测量机,测量行程为500mm×400mm×400mm,分辩率为0·001mm,装有磁栅尺。其空间精度小于或等于0·04mm (500mm长度),为了进一步提高精度,适应市场需求,并要降低成本(简化补偿方法),将该测量机空间精度提高到0·007mm(500mm长度)。采取的主要措施:对机械部件进行了部分改装,如将磁栅尺换成光栅尺;将安装设计光栅读数头的滑套、底盘结构进行了修改等。对改装后的设备进行重新测量和验证,采用软件对误差进行补偿,最终达到了提高空间测量精度的目的。

　　1　误差补偿可行性分析

　　单点的测量误差主要由测头误差P1、细分误差P2、当量误差P3、重复度误差P4和机械不稳定性误差P5合成。

　　根据磁栅尺厂家提供的技术指标:P2=20μm,如果:P1=±2μm、P3=5μm、P4=5μm、P5=5μm,实际上这几项误差指标是可以控制在假设范围内。而光栅尺厂家提供的技术指标:P2=0·5μm,若不用软件进行误差补偿,则单点测量误差为:

　　那么,空间测量精度可达到。若再对数据进行补偿,则R3≤15μm应该是可以达到的。通过分析,这一目标在理论上是完全可行的。

　　2　进行误差补偿所采取的措施

　　2·1　滑套的设计

　　为了固定光栅尺需设计安装板,并对滑套的外形结构与此联结部分进行了重新设计。

　　新旧滑套的对比图见图1,原滑套的实体模型如图1(a)所示,在装横梁处上下各有一个孔,上面用来安装Z方向的磁栅读数头安装板,下面用来安装Y方向磁栅读数头安装板。由于磁栅尺的读数头和光栅尺的读数头尺寸不一致,需要进行修改。修改后的实体如图1(b)所示,并加了一个连接板(图1(c))镶嵌在滑套槽中以解决这一安装空间问题。

　　2·2　底盘

　　底盘上有3个导向轴和3个承重轴,轴1上装驱动手轮,它的位置是固定的,和它在同一边的同心轴2也是固定的,轴3是偏心轴,通过旋转它来调整夹紧导轨的力。承重轴的设计和导向轴一致。但是当几个轴安装好了之后,承重轴的轴线方向与导向轴1和2所在的方向不垂直,即承重轴与导轨不垂直,这时候就会有较大的双轨迹误差。在这种情况下,将导向轴2换成偏心轴,然后在侧面打个顶丝孔固定偏心轴,这样就可以进行调整了,调整好后就把顶丝固定,底盘图见图2。

　　2·3　光栅的安装与调整

　　目前,光栅尺的安装有两种方法,一种是贴附式,即光栅尺紧密附着在导轨面上;另一种是分离式(浮动式)。本文对贴附式安装方法进行分析。