提出一种新型的双传感器圆度在线测量方法,零点位置随角度的变化而变化,能够实时准确测量不同角度的径向位移波动信号。利用最小二乘法拟合径向位移——角度曲线,通过角度信号的检测分辨出径向位移的真实信号。以转炉倾动耳轴为应用对象,得到相应表面轮廓曲线,根据此结果指导有关系统运行状态监测和故障诊断,体现了圆度在线测量在工业生产中的应用前景。

根据长悬臂测量机具有长悬臂和弱刚度的特性,分析了测量机动态力的来源,研究了动态力对测量机测量误差的影响和测头附加动态误差的来源,得出测量机测头附加动态误差具有三维特性,各个方向附加动态误差与3个方向导轨系统振动特性有关。推导了悬臂测杆系统振动数学模型,根据该模型采取了相应的动态力控制措施,实验结果证明了所采取控制措施的有效性。

根据纳米三坐标测量机结构、误差分布特征和精度要求,选用微型三光束平面激光干涉仪分离测量机误差。设计了误差分离装置,实现了干涉仪平移、偏摆、俯仰和垂直高度的调整以及反射镜垂直角度的精密调整。从原理上分析了45°反射镜光路转折对干涉仪测量结果的影响,实验结果证实了该装置可以实现标准量示值误差、导轨直线度线值误差和俯仰、偏摆、滚转误差的一次性分离,减小传统仪器分离方法由于发热、振动和非实时测量带来的附加误差,误差修正精度可以提高5倍。

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.高速三坐标测量机已成为测量机发展的一个重要趋势,但测量机速度的提高使动态误差成为了影响测量机精度的主要因素.阐明了三坐标测量机动态误差的概念,分析了测量机的主要动态误差源,并对国内外各种减小动态误差影响的技术进行了较全面的分析.

为高灵敏度纳米三坐标测量机（nano-CMM）接触式测头提出了一种高精度高效率的触发控制策略。该策略使用了一种自行研制的4-DVD接触式测头,工件接触测头产生的微小变形会导致测头产生灵敏度极高的触发信号。系统使用超声波马达整合不同驱动模式,实现了高速逼近和低速触发的有效结合。触发过程使用了二次触发策略,即第一次触发获得接触位置的范围,第二次触发用极低的速度,详细记录触发点附近的触发信号,并通过线性拟合的方式求得信号曲线转折点,即为触发位置。该方法解决了驱动分辨率和行程大小的矛盾。实验结果显示：该方法可以有效地避免测头系统的塑性形变,触发位置的重复性可在10 nm以内。结果表明,本文提出的nano-CMM接触式测头触发控制策略在保证精度和稳定性的前提下,表现出了良好的控制效率。

利用现代精度设计理念设计纳米三坐标测量机的结构，选用高精度的零部件进行组装，解决了传统阿贝误差问题，通过研究现代精度保障理论和技术，进行纳米级水平的误差源全面分析，推导各个不确定度分量的计算公式，根据给定的精度指标设计合理的精度，提出所需检定仪器的具体技术指标，精度设计的结果满足了纳米三坐标测量机的测量精度要求．

研究了影响快速探测坐标测量机动态测量精度的特性参数与测量精度之间的关系。通过实验分析了移动速度和测量位置对测量机定位误差的影响，以及测头DDC参数对测头等效作用直径的影响。研究结果表明：测量机的动态测量误差重复性好并可以修正；由于不同移动速度下，气浮导轨刚度和不同驱动电机加速度曲线引起的桥架附加振动不同，因此不同结构测量机存在不同最佳临界移动速度；测量机沿不同方向触测时，存在与移动速度有关的不同最佳测量空间；逼近距离对测头等效作用直径d的影响远远大于触测速度和移动速度对d的影响。

在对三坐标测量机测端动态有效作用直径影响机理分析的基础上,构建了加法模型和乘法模型,通过对两种模型进行比较分析发现：考虑自变量交互效应的加法模型较好地反映了移动速度、触测速度和逼近距离对测端动态有效作用直径的影响。模型结果表明：移动速度越大,有效作用直径越小;触测速度偏离其最优值越多,有效作用直径就越大;逼近距离越大,有效作用直径越小。

为了分析弱刚度气浮导轨对测量机动态测量误差的影响,根据三坐标测量机气浮导轨分布情况和摩擦力特点,应用动力学知识对气浮导轨弱刚度和单边驱动引起的动态测量误差的传递路径、影响因素、表现形式进行系统的研究,推导了单边驱动引起的气浮导轨振动变形振幅的理论计算公式.分析结果表明,振动的主要激励是驱动力与惯性力形成的力偶,振幅大小与驱动加速度波动相关.应用谱分析方法对数据进行处理,验证了理论分析结果,气浮导轨振动引起的动态测量误差是测量机误差的主要成分之一,各误差分量相关性较强,测量机存在最佳测量速度.

长悬臂三坐标测量机是用来在线测量工字钢结晶器内腔尺寸的，测量运行过程中，由于长悬臂及测杆的弱刚性和各轴传导结构的非理想性，造成测杆端部的空间抖动，直接影响测量精度。论文结合有限元分析了产生抖动的原因，基于面阵CCD和图像处理技术，建立检测系统并建模，实时检测测头触发瞬间测杆端部在空间3个方向的抖动位移，在VC＋＋6．0环境下编写软件，通过软件计算实时修正抖动对测量精度的影响。并通过试验验证了该系统的实用性。