仪器精度理论课程报告

仪器精度理论总结报告

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2015 年月日

报告一误差分离法

误差分离是指从所测信号中分离并去除由测量系统引入的影响测量精度的信号分量，从而得到所要测量的准确信号。在几何量测量中有时测量数据是两个或两个以上被测量误差的综合，因此需要进行误差分离后进行误差修正。在形状误差的测量中，就常用到误差分离法。

一误差分离技术

误差分离技术最初应用于圆度误差的测量，是指从传感器测得的信号中分离并除去圆度仪的主轴回转误差对测量结果的影响。随着高精度圆度测量技术的发展，误差分离技术也得到了不断的发展，并引入到主轴回转误差的测量中。在主轴回转误差的测量中，误差分离技术则要从传感器测得的信号中分离并除去被测件的形状误差、安装偏心误差，从而得到精确主轴的回转误差信号。主轴回转误差测量的误差分离技术与圆度测量误差分离技术相比，保留和去除的信号正好相反，但它们实质工作却是相同的，都是对混入了主轴回转误差和形状误差信号进行处理。

国内外学者已经提出了很多误差分离的方法，各种方法有不同的优缺点和适用场合。概括起来讲，应用的较多的主要有反向法、多点法、多步法等。其它的很多误差分离方法都是建立在这三种误差分离方法基础之上的。

二典型误差分离法

2.1 反向法

图2.1为反向法测量的基本原理图。T为从传感器测头，其测得的信号△T(θ)在去除了偏心误差之后包括两部分，主轴的回转误差R(θ)，标准球的圆度误差S(θ)。

图2.1 反向法测量的原理图

反向法是一种完全的误差分离方法，能简单。但是，反向法要求系统的重复性好，所要求的相位。达到很高的分离精度，并且需要的实验设备并且要转测头和标准球，转后不易保证对准。

2.2 三点法

多点法最常见的是三点法。图2.2为其测量原理图

图2.2 三点法测量的原理图

多点法要求使用多个传感器同时采集数据，多个传感器必须以同一原点为圆心成一精确的确定角度布置，这就要求机械装置有较高的加工精度，同时对传感器的装火、调试提出了较高的要求。另一方面，多个传感器之间的性能差异要尽量接近，否则也会对高精度的测量结果产生较大的影响，谐波抑制是多点法误差分离技术不可避免的一个现象。如果几个传感器均匀布置，低阶谐波将被抑制;相反，如果几个传感器非均匀布置，低阶谐波抑制现象将减轻，但却仍不能把形状误差与回转误差完全分离。人们研究使用四个或更多的传感器采集数据进行多点法误差分离，以图减少谐波抑制，但是额外增加的传感器使得数据的处理变得更复杂，同时多个传感器带来的安装对心、精确的角度布置、传感器性能之间的差异问题同样会降低误差分离结果的精度。

三点法适应于动态回转误差的测量但是需要同时使用三个传感器，对硬件要求高，而且三个传感器需要互成一定的角度进行安装，对安装提出了很高要求，几乎很少被使用。

2.3 多步法

多步法又叫全周等角多步转位法。如图2.3所示，固定一个传感器在被测球的一个位置，然后旋转标准球，使其匀速转动，传感器整周均匀的采集数据，每

个数据包括主轴的回转误差和标准球的圆度误差。

图2.3 多步法测量的原理图

对多步法测量的数据取平均值并不能将主轴径向回转误差完全从混合了形状误差的信号中分离出来，因为圆度误差信号中是多步法步数的整数倍阶次的谐波会混入到主轴回转误差;同样，用多步法求出的圆度误差也会损失多步法步数的整数倍阶次的谐波成分，造成谐波抑制损失。但对于有较高圆度误差的主轴或者工件来说，高阶的形状误差分离的幅值已经相当小，甚至达到几个纳米，因此多步法仍然能应用于纳米级的误差分离。

多步法的优点是只使用一个传感器，因此不需要保证几个传感器安装的相对位置;缺点是需要工件多次转位安装，各组数据测量也是不连续的，因此它更加需要主轴具有良好的重复性和系统状态的一致性。

报告二三坐标测量机的原理

三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称CMM）是一种三维尺寸的精密测量仪器，主要用于零部件尺寸、形状和相互位置的检测。是基于三坐标测量原理，即将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测的几何尺寸、形状和位置，来判断被测产品是否达到加工图纸所标国标公差的范围内。又称三坐标测量仪或三次元。

三坐标测量机在机械、电子、仪表、塑胶等行业广泛使用。三坐标测量机是测量和获得尺寸数据的最有效的方法之一，因为它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减到分钟，这是其它仪器而达不到的效果。

三坐标测量机按照结构形式分类可分为移动桥式结构、固定桥式结构、龙门式结构、悬臂式结构、立柱式结构等等。