影响三坐标测量机的精度因素探讨.doc

影响三坐标测量机的精度和长期稳定性的因素

机械精度：
（一）21项机械制造误差。

静态误差：
由定位误差（3个）+直线度误差（6个）+垂直度误差（3个）共12项误差组成。测
量软件可进行补偿修正，但必须用双频激光干涉仪、激光准直仪、光学平尺等检测出
误差值的大小，按照其补偿数学模型进行修正。
ⅰ.定位誤差
δx(x)—沿X軸運動時延X方向的定位誤差；
δy(y)—沿Y軸運動時延Y方向的定位誤差；
δz(z)—沿Z軸運動時延Z方向的定位誤差。
ⅱ.直線度誤差
δy(x)—沿X軸運動時延Y方向的直線度誤差；
δz(x)—沿X軸運動時延Z方向的直線度誤差；
δx(y)—沿Y軸運動時延X方向的直線度誤差；
δz(y)—沿Y軸運動時延Z方向的直線度誤差；
δx(z)—沿Z軸運動時延X方向的直線度誤差；
δy(z)—沿Z軸運動時延Y方向的直線度誤差。
ⅲ.垂直度誤差
αxy—X、Y軸間的垂直度誤差；
αxz—X、Z軸間的垂直度誤差；
αyz—Y、Z軸間的垂直度誤差。
动态误差：
由滚转误差（3个）+俯仰误差（4个）+偏摆误差（2个）共9项误差组成。测量软件
可进行补偿修正；但必须用双频激光干涉仪、激光准直仪、电子水平仪等检测出误差
值的大小，按照其补偿数学模型进行修正。
ⅳ.轉度誤差（角运动誤差）
εx(x)—沿X軸轉動時繞X方向的轉動誤差（滚转误差）；
εy(y)—沿Y軸轉動時繞Y方向的轉動誤差（滚转误差）；
εz(z)—沿Z軸轉動時繞Z方向的轉動誤差（滚转误差）；
εy(x)—沿X軸轉動時繞Y方向的轉動誤差（俯仰误差）；
εx(y)—沿Y軸轉動時繞X方向的轉動誤差（俯仰误差）；
εy(z)—沿Z軸轉動時繞Y方向的轉動誤差（俯仰误差）；
εx(z)—沿Z軸轉動時繞X方向的轉動誤差（俯仰误差）；
εz(x)—沿X軸轉動時繞Z方向的轉動誤差（偏摆误差）；
εz(y)—沿Y軸轉動時繞Z方向的轉動誤差（偏摆误差）；
3．21项机械制造误差的产生原因
ⅰ.静态误差：
主要是花岗岩工作台、横梁和Z轴的制造误差；
机械结构的装配误差；
ⅱ.动态误差：
传动系统传动的平稳性及传动的方式（即中央或单边驱动）；
运动控制对于运动轨迹的控制能力；
运动部分即移动桥的重量；
运动部分即移动桥的结构重心的高低；
运动部分即移动桥的的跨度的大小；
机械结构的装配误差；
机械结构的受力布局状况；
a.三轴的气动布局
空气轴承在三轴导轨面上的布局状况：受力的受力平衡、受力支撑点的数量及
各受力支撑点的大跨距的分布，来提高运动部件的抗扭摆的能力。
b.中央滑架的设计
中央滑架直接将横梁和Z轴两轴的运动相连接，其刚性结构的强弱，也直接影
响着运动部分的结构动态变形、动态运动误差及其机械结构的长期稳定性。
c.横梁的设计

移动桥架的机械结构的自重
其运动部分质量越轻，在高速、高加速度运动时所产生的惯性力越小，变形量
也越小，特别是对于扫描测量，结构动态变形所引起的误差非常重要。
（二）机械结构的微观变形量
主要由结构刚性、外力、自重、内应力及温度等变形构成；
机械结构刚性引起的变形量
材料自身内应力引起的变形量
主要是材料材质的质量和冶炼、铸造技术工艺所决定的。
材料内部结构的微观离子的均匀性-------引起的材料内应力
ⅰ.热处理时效处理
可取除95%以上的材料内部结构的应力；
ⅱ.振动时效处理
采用振动实验台，利用高频的振动从而引起材料内部结构的微观离子分布变
化，以达到取除材料内部结构的应力；
ⅲ.自然时效处理
可取除残留的材料内部结构的应力；
3．材料的热变形
ⅰ．线性温度结构变形：由于材料存在“热胀冷缩”的物理现象，不同材料按照不同的热膨胀系数所进行的变形。
线性温度结构变形可以通过测量软件进行完全修正。
机械结构的线性变形主要在于材料的热传导性的好坏。
ⅱ．复杂温度结构变形：由于材料结构内部所存在的温度梯度（即温度的不均衡）所造成的变形。
复杂温度结构变形无法通过测量软件进行完全修正。
复杂温度结构变形是由材料的热传导性较差所引起的。
ⅲ．在不同的材料之间，由于其自身的材料导热率、热膨胀系数的不同，其由于
环境温度所引起的热弯曲变形量是不同的。
研究数据表明：铝导轨对热弯曲具有最佳的适应性。其热弯曲变形量是花岗岩的1/10，是陶瓷的1/6，是钢的1/18。
材料性能参数指标花岗岩陶瓷铝合金钢材料密(g/cm3)2.83.72.77.9导热系数(W/m.K)2.524.723780热膨胀系数(um/m.℃)78.223.280横截面热阻及温度梯度（ΔT）10.50.0250.75弹性模量(Gpa)7030078200弯曲变形量100%60%10%180%4．软件的温度补偿
为适应于车间环境，克服温度变化所引起的变形，可进行线形或实时温度补偿。

（三）计