三坐标测量机触发式测头误差分析
三坐标测量机的误差分析及其补偿
收稿日期: 1996- 03- 06 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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沈 阳 工 业 学 院 学 报 1997 年
1. 2 三坐标测量机测头位置误差表达式
式 (1) 对坐标平移和旋转的坐标变换可应用到三坐标测量机中各滑台的平移和转动误差 向绝对坐标系的转换.
图 3 坐标系 向坐标系 的变换
图 4 三坐标测量机的坐标变换示意图
在图 1 中的 X 、Y、Z 的滑尺上分别建立三个坐标系 、 、 , 且使三坐标测量机的测头
xp
y=
- ex y + A - M y m - ey y + A -
- ezy + A -
yp
(3)
z
- ex z
- ey z
zm - ezz
zp
式 (3) 中的各误差项均是以绝对坐标系原点为起点, 在单一运动方向上测量的, 其误差评定基
准是理想的坐标轴方向. 因此, 式 (3) 中的误差分量包含三个滑尺运动方向的相互垂直度误差.
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沈 阳 工 业 学 院 学 报 1997 年
x = x m - ex x - ey x - y m Ηx z (5)
y = y m - ex y - ey y
工作台数显装置为光栅尺, 误差测量装置和坐标值检定用双频激光干涉仪. 实验数据如表
2 所示.
表 2 测量数据
从实验中看出补偿后坐标值更接近于坐标检定值, 显示误差分别为 exm = 010479 mm , eym = - 010039 mm , 而补偿后坐标定位误差为 ex = 010038 mm , ey = 010005 mm.
三坐标测量机的测量结果偏差过大的原因
三坐标测量机的测量结果偏差过大的原因
在使用三坐标测量机进行测量时，如果遇到测量结果偏差过大，那么请按以下方法进行问题排查。
三坐标测量机的测量结果偏差过大原因分析：
1.装夹工件不可靠。
2.工件表面粗糙度过大或者工件表面附着脏物。
3.三坐标测量机附件连接不可靠。
4.进行测针校正。
5.测量方法错误。
三坐标测量机的测量结果偏差过大解决方案：
1.工件在测量时（尤其是质量较小的工件），应确保有夹具装夹，测量时不能有相对移动，这将有助于提高测量的准确性。
2.被测工件在测量前应先进行恒温处理，然后认真清理清洁被测物体表面，保证无赃物以及表面光洁度。
3.进行测量前确保所有附件连接的可靠性。
4.当更换测针进行测量时，请先进行三坐标测针的装配及校正，保证测量结果的可靠性。
5.合理正确的测量方案，将会有效的提高测量的准确性，请在测量前对被测方案进行合理性确认。
6.另外，由于环境条件因素也可引起测量误差，请在正确的环境下进行测量。
三坐标测量机测球直径的校正和误差分析
三坐标测量机测球直径的校正和误差分析摘要：三坐标测量机（CMM）以其测量精度高、稳定性好、操作方便快捷的特点广泛的被应用。
但是在使用三坐标测量机测量有些几何要素时，有时测量准确度不是很高。
文章对坐标测量原理进行简述，重点分析三坐标测量机测球直径的校正与误差。
关键词：三坐标测量机；球直径；误差1坐标测量的原理任何形状都是由空间点组成，所有的几何量测量都可归结为空间点的测量，因此精确进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状的基础。
坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它已允许的测量空间，精密地测出被测零件表面的点在空间3个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等，经过数学计算的方法得出其形状、位置误差及其他几何量数据。
用CMM进行零件测量，理论上，测头的球半径应为零，测头和工件接触为测头中心。
得到的数据是测头中心的坐标值，而非测头与被测件接触点的坐标值。
但实际上，测头有一半径，从而需要对测头直径进行校正，即进行测头球心轨迹曲面域和测头半径补偿。
2三坐标测量机测量的主要步骤2.1测头选择测头部分是测量机的重要部件，测头根据其功能有：触发式、扫描式、非接触式（激光、光学）等。
触发式测头是使用最多的一种测头。
一般的测头头部都是由一个杆和测球组成。
最常见的测球的材料是红宝石，因为红宝石是目前已知的最坚硬的材料之一，只有极少的情况不适宜采用红宝石球。
高强度下对铝材料制成的工件进行扫描时，选择氮化硅较好；对铸铁材料工件进行高强度扫描，推荐使用氧化锆球。
为保证一定的测量精度，在对测头的使用上，需要注意：（1）测头长度尽可能短：探针弯曲或偏斜越大，精度将越低。
因此在测量时，尽可能采用短探针。
（2）连接点最少：每次将探针与加长杆连接在一起时，就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。
因此在应用过程中，尽可能减少连接的数目。
（3）使测球尽可能大：测球直径较大可削弱被测表面未抛光对精度造成的影响。
三坐标测量中的误差分析
产能经济395三坐标测量中的误差分析方 强 航空工业光电所摘要：在当前测量工作过程中，三坐标测量属于常见的一种测量方法，也是一种比较理想的测量方法。
在三坐标测量过程中，为能够使其测量结果准确性及测量效率得到更好保证，十分重要的一点就是应当控制其误差，也避免误差影响其准确率。
本文就三坐标测量中的误差进行简单分析，从而为更好进行三坐标测量提供理论基础及理论支持。
关键词：三坐标测量；误差；分析中图分类号：TH721 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2018)004-0395-01随着现代加工业的不断发展，在测量工作中对于测量质量及效率也有着越来越高的要求，各种现代化测量方法也得到广泛应用，而三坐标测量就是其中比较重要的一种。
在三坐标测量工作中，很多因素均会影响其测量的准确性，而测量中的误差就是重要影响因素。
所以，在实际测量过程中，应当对测量中的误差积极分析，以便能够选择更好的方法及对策，从而使测量准确性得以有效提升。
一、坐标系因素引起测量误差分析1.坐标系构建相关元素均应具备充分稳定性在构建坐标系过程中，需要运用一个平面。
在实际测量过程中虽然能够提高该面加工精度，然而其面积范围比较小，若测量对象与坐标中距离相对比较远，或者测量范围面积比较大的情况下，在坐标系中存在的很小差异均会造成测量对象数据有很大程度波动，从而测量所得到数据也就缺乏说服力度。
因此，在建立零件坐标系过程中，应当尽可能多地实行取点，并且应当尽量扩大取点尺寸范围。
2.坐标系的相关特征元素应具备充足代表性在建立基准面过程中，测量点应当避免选择毛刺、粗糙及磕碰位置。
并且所选择位置点尽量不要为测量面边角，在取点时应当尽可能多地选择点位置。
在构建基准坐标系过程，若存在圆孔情况，应当从多个方面考虑测量结果相关影响因素。
比如孔的圆度、圆柱度以及垂直度等相关因素。
在选择测量点时，应尽可能将毛刺、粗糙面及磕碰位置避开。
先进行手动测量，而后实行自动测量，且应当将自动测量数据作为最终数据。
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法
三坐标测量机测量误差分析及补偿方法发布时间：2021-01-12T05:24:05.499Z 来源：《中国科技人才》2021年第1期作者：田晓春[导读] 为了更好地对三坐标测量机测量的误差进行分析和研究，所以本文首先主要对三坐标测量机的含义以及测量原理进行了明确，其次，在多方面对三坐标测量机的测量误差展开分析，这样能够有效地提高分析的效果。
中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002摘要：为了更好地对三坐标测量机测量的误差进行分析和研究，所以本文首先主要对三坐标测量机的含义以及测量原理进行了明确，其次，在多方面对三坐标测量机的测量误差展开分析，这样能够有效地提高分析的效果。
与此同时，在对三坐标测量机误测量误差展开分析时，主要从以下三个方面展开：第一是环境温度误差，第二是光栅误差，第三是装配误差，这三方面都能够有效的对测量误差进行分析，并且能够取得较好地效果。
本文还针对三坐标测量机测量误差的补偿方法展开了研究，在研究过程中，主要从两方面开展，第一是温度补偿法，第二式动态误差补偿法。
关键词：三坐标测量；误差分析；补偿1 三坐标测量机的含义及测量原理三坐标测量机是属于当前时代发展背景下的新型高精度的测量仪器，相比传统的测量以及三坐标测量机，能够更加稳定地提高测量的效果，防止出现测量失误，并且能够提高测量的精准程度。
与此同时，本文针对三坐标测量机的测量原理也展开了研究和分析，可以明显地发现，三坐标测量机主要是通过坐标测量的原理来进行实物测量，首先，在生活中寻找需要测量的物体，并且将物体当中的几何元素提取出来，明确几何元素中的具体测量坐标，根据所寻找到的坐标展开集中测量。
在进行测量时，应当按照严格的测量标准来进行，主要测量几何元素的具体尺寸以及形状大小等。
截至目前，三坐标测量机已经逐渐广泛地应用在各大车间的测量过程中，并且取得了较好的效果，突破了传统测量方式的限制，在测量精准程度上做出了很大的提升。
三坐标测量机测头系统的误差分析与修正
三坐标测量机测头系统的误差分析与修正杜翠翠;徐强;冯旭刚;章家岩【摘要】测头是三坐标测量机的关键部分，其动态性能对测量机最终测量结果有直接的影响。
为了提高三坐标测量机测头的测量精度，以触发式测头系统为主，研究了测头系统动态误差的构成，分析了测头预行程误差来源及影响因素，提出了将测头直径动态标定与微平面补偿法相结合的方法对测头直径进行补偿。
通过对凹轮轮廓进行测量，并在逆向工程软件中对测头直径补偿前后进行对比。
结果表明，该方法对测量机测头直径有较好的补偿效果，具有一定的应用价值。
%As probe is the key component of coordinate measuring machine ( CMM) ,its dynamic per-formance has direct influence on the final measurements.In order to enhance the accuracy of CMM,compo-sition of the probe dynamic error system was studied with focus on introducing the touch triggerprobe.Probe pre-travel error sources and influencing factors were analyzed.The method combining dynamic calibration of probe radius and micro plane compensation was put forward to make compensation for the probe radius.Af-ter measuring the outline of a concave wheel and comparing probe radius before and after the compensation in reverse engineering software,the results showed that the method made better compensation for the probe radius and was worth more applications.【期刊名称】《常州工学院学报》【年(卷),期】2016(029)003【总页数】5页(P33-37)【关键词】三坐标测量机;测头系统;预行程误差;测头直径【作者】杜翠翠;徐强;冯旭刚;章家岩【作者单位】安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山 243032;安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山 243032;安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山 243032;安徽工业大学电气与信息工程学院，安徽马鞍山243032【正文语种】中文【中图分类】TH-9三坐标测量机的测头一直都是学者们的研究热点。
三坐标测量机的误差分析
三坐标测量机的误差分析三坐标测量机误差分析概述三坐标测量机的静态误差来源主要有：三坐标测量机本⾝的误差，如导向机构的误差（直线、回转）、基准坐标系的变形、测头误差、标准量的误差；与测量条件相关联的各种因素引起的误差，如测量环境的影响（温度、尘埃等）、测量⽅法的影响以及⼀些不确定因素的影响等。
三坐标测量机的误差源纷繁复杂，很难将它们⼀⼀检测分离出来并加以修正，⼀般只修正那些对三坐标测量机精度影响⽐较⼤的误差源和那些⽐较容易分离的误差源。
⽬前研究最多的是三坐标测量机的机构误差。
⽣产实践中使⽤的三坐标测量机绝⼤多数是正交坐标系三坐标测量机，对于⼀般的三坐标测量机⽽⾔，机构误差主要是指直线运动部件误差，包括定位误差、直线度运动误差、⾓运动误差、以及垂直度误差。
三坐标测量机主要误差分析对三坐标测量机精度评定或实施误差修正，要以坐标测量机固有误差的模型为基础，其中，必须给出各误差项的定义，分析，传递及误差合成后的总误差。
所谓的总误差，在三坐标测量机的精度检定中，是指反映坐标测量机精度特性的综合误差，即指⽰精度，重复精度等：在三坐标测量机的误差修正技术中，则是指空间点的⽮量误差。
机构误差分析三坐标测量机的机构特征，导轨对被它引导的部件限制五个⾃由度，测量系统控制运动⽅向上的第六个⾃由度，因此导向部件在空间的位置，由导轨及其所属的测量系统确定。
测头误差分析三坐标测量机的测头分为两种：接触式测头按其结构⼜分为开关式（⼜称触发式或动态发讯式）和扫描式（⼜称⽐例式或静态发讯式）两⼤类。
开关式测头的误差由开关⾏程，测头各向异性，开关⾏程分散性，复位死区等引起。
扫描式测头的误差由测⼒⼀位移关系，位移⼀位移关系，交叉耦合⼲扰等引起。
测头的开关⾏程为测头与⼯件接触⾄测头发讯，测头所偏摆的⼀段距离。
这是测头的系统误差。
测头的各向异性是开关⾏程在各个⽅向上的不⼀致性。
它是系统误差，但通常作随机误差处理。
开关⾏程的分解性指重复测量时开关⾏程的离散程度。
三坐标测量机测量误差来源分析
三坐标测量机在使用中，测量结果与实际值之间的差异称为误差。
真实值是客观存在的。
在某些时空条件下，它是物的真正价值，但很难准确地表达它。
测量值是测量所得的结果。
两者之间总是存在一定的差异，即测量误差。
测量误差的测量方法分为：绝对误差，相对误差和参考误差！测量误差的分类可分为三类：系统误差，随机误差和粗差！三坐标测量机引起严重误差的主要原因今天，主要原因是三坐标测量机产生误差的主要原因，误差指：超出在规定条件下预期的误差，现在从以下5个方面去总结和探讨误差的来源。
一、人为因素1）是否熟悉形状和位置公差？2）是否研究过测量软件参考手册？3）学过培训手册了吗？4）是否多次阅读过坐标测量机工作簿？5）熟悉工件图纸和公差要求吗？6）熟悉测量程序的编程思想？7）是否熟悉测量程序的参数评估原理？二、机器系数1）机器的光栅尺，标准球，探针（针）等不清洁;2）探针（针）未校准；三、工件系数1）待测部件不干净；2）工件定位面不干净；3）工件夹紧不可靠；4）待测工件有加工缺陷；5）工件不在计量室内恒温；四、测量方法1）手动测量粗糙坐标系的参数时，严重偏离真实值；2）测杆与工件干涉；3）测量时触摸或靠在测量机上；4）测量程序对特征参数的评估不正确；5）手动测量时参考选择误差和结构特征不正确；五、环境因素1）环境温度与要求有很大差异；2）温度梯度大；3）湿度大；4）有局部热源或冷源；5）直射阳光机；6）空调风吹动机器；粗大误差的发现A、用于测量更精确的工件：1、测量圆时，评估其圆度。
如果超出公差（大于0.01），则测量的功能不正确；2、测量气缸时，评估其圆柱度。
如果公差大于（大于0.01），则测量的功能不正确；3、测量表面时，评估平整度。
如果差异大于（大于0.03），则测量的功能不正确；4、测量直线时，评估其直线度。
如果超出公差（大于0.01），则测量的功能不正确；5、测量圆圈时，观察其直径。
如果明显超出公差（大于0.10），则测量的功能不正确；B、使用其他测量方法查看测量的特征以确定粗略误差。
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２１年 ４ ０１ 月
三坐标测 量机触发式测 头误差分析
张心 明 崔连 柱
（ 春 理 工 大 学 ， 吉 林 长 春 １０ ２ ） 长 ３ ０ ２
摘
要：通过对三坐标测量机 中广泛使用的触发式测头 的简化模型进行受力分析 ， 通过对测头模型预行程变化的定
．
量 分析 ，得 到 影 响 预 行程 的 因素 。
Hale Waihona Puke ｉｏ ｆｃ ｓ ０ ｃ ｓ ｓ ￣ ＋ｋ ｉｆ 。由于 旋转 角 ｃ ｓ ｏ ￣ ＋ｊ ｏ ｆ ｉ ｏ ｌ ｏ ｌ ｎｏ ｓｌ ｎ
ｆ非常 小 ， 因此 由于 旋转 所产 生 的位 移 量 可 以用
Ｒ 表 示 。所 以旋转 位移 可 以表示 为 ： ｄ ＝Ｒ （ｃ ｓ ｃ ｓｏ＋ Ｒ ｒｉｏ ｆ ｏ ￣ ｌ ｏ
的三 条 圆柱腿 与三对 触 点均保 持接触 ；当测杆 的 球状 端部 与工件接 触 时，不论受 到 ｘ、Ｙ、ｚ哪个 方 向的接 触力 ，至少 会 引起 一个 圆柱 腿与 触点 脱
． ．
‘
・
离接触 ，从 而 引起 电路 的断开 ，产 生 阶跃信 号 ， 通过采 样 电路 ，将沿 三个轴 方 向的坐 标数据 存储 处理 。 同时一个 与测 杆 同轴 的弹 簧提 供预 载 ， 以 测 头 凸角存在 的原因是 触发 式测 头 的三 点设
采集一 个测 量数据 。可见测 头 的性能 直接影 响测
量精度 和测 量效率 。触 发式 测头 结构 简单 、成本 低 ，可 用于 高速测 量 ，所 以广泛 应用 于现代 三坐 标测量 机 中 。但 由于 其精度 稍低 ，而 且不 能 以接 触状态 停 留在工件 表 面 ，因而只 能对 工件表 面作 离散 的逐 点测 量 ，不能作 连续 的扫描测 量 。
计原 则 ，当作用 给测 端一个 特 定方 向的力 时 ，可 能会产 生绕 一个或 两个接 触 点的旋转 ，导致 所需
／
图 ２ 测 头 凸 角 示 意 图
触 发力 的不 同 ，即产生 预行程 变化 ，如 图 ２ 所示 。 图中可 以明显看 到三 个 凸角 ，反映 了预行 程 的变 化量接 近 １ｇ 这种变 化模式 显示 － ７ ｍ。 ；Ｎ头
确保 圆柱腿 与触 点 的接 触及 复位 。因此这种 测头
色 ，测量机 提供 数据 需要更 加严 格精 确 。测量机 的精度 和 重复性 受 多种 因素 的影 响 ，本研 究针对 三坐标 测 量机 中广 泛 使用 的触发 式测 头 的受力分 析模 型进行 分析 ，着 重通过 对测 头预 行程变 化 的
作者 简介 ：张心 明 （９７年一 ，男，研 究员 ，研究 方 向：精密 、超精 密加 工 、检 测及 装备 。 １６ ） 崔连 柱 （９ ３ ） １８ 年一 ，男，硕 士研究 生 ，研究方 向 ：精密 、超精密 加工 、检测 及装 备 。
第 ２期
张心 明 等 ：三 坐 标 测 量 机 触 发 式 测 头 误 差 分 析
又因为ｃｓ ＝ ／ ｓ ＝ ／ ｏｆ ＰＲ，ｉ ＬＲ，且定义 ｌ ｎ Ｐ ， ＝ａ ： ／ 所以： ｒ ｔ ｎ ＬＰ，
端与 部件表 面触 发产 生 的力 Ｆ（ ， ， Ｆ 的方 向 Ｏ ） 力 是 由极角 ０和方 位 角 决定 的 。假 设测 头运 动 方
图 １ 触 发 式测 头结 构 示 意 图
１ ． 弹簧 ；２． 针 ：３ 号触 发机 构 ．４ 坝 ． 信
１ 触 发式 测 头 结 构 分析
常用触 发式测 头 内部 结构 如 图 １所示 。测杆
Ｙ
安装在 三 角架上 ，而 三角架 的三 条 圆柱腿 定位 于 三对触 点上 ，当测杆 没有受 到测 量力 时 ，三 角架
行程 的存在 并非 是误 差源 ， 因为在测 头认证 过程
中 ，生产 厂家 已使用 一个 已知 半径 的标准球 来确 定 一 个 合 理 的 测 针 半径 来 消 除 平 均 预行 程 的 影
响。
测 头 是三坐标 测 量机 的重要 部分 ，一般 的测 头 是 由一个 杆和 红宝 石球组 成 ，主要 用来测 量 工 作表面 ，通 过测端 的机 械位 置移 动 ，触发信 号 并
定量 分析 ，得 到限制 三坐标 测量 机进 行高 精度 空 间测 量 的因素 ，并提 出进一 步进 行误 差补偿 的方
法。
具有信 号 触发 的开关 机构 、测 头再定 位机 构和超
行程保 护机 构 。 三 坐标 测量机 进行 测量 时 ，测头测 端 与被测 零件接 触 至测 头触 发之 间的 过程 为“ 预行程 ” 。预
轴 的旋 转 角 ｆ， 由此产 生 的位 移称 为 旋转 将
位 移 ，用符 号 表 示 ，测 针 长度 为 Ｐ ，三 角架 中
心 ｐ到 旋转轴 一 的距 离 为 上，旋转 半径 为 月 。
由图 ４可得 ：
尺 厨 ：
（ ２ ）
转 换 至 笛 卡 尔 坐 标 系 中 ， 单 位 方 向 向量 为
６ １
结构 的三 次对 称性 。这种 凸 角大 幅 降低 了三坐 标 测 量机 执 行高 精度 测量 的能 力 ，例 如 圆度 及 圆柱 度 的测 量 。
Ｚ
首先 假设 测 头是 一个 无 限硬 的 刚体 ，因此 可 以忽 略弯 曲因素 。为 产 生触 发信 号 ，会有 一个 绕
一
ｊ ｏ ｎ ＋ ｓ ｃｓ ｓ ‰ ｋ ｉ ｐｉ ｎ￥
， ”
２ 测 头 模 型 受 力 分 析
＝
如 图 ３ 所示 ，测 头 位 于 笛 卡 尔 坐标 系 当 中 （ｙ ｘｚ，单位 向量 ｉｋ） ｊ ，测 针 与 ｚ轴 重合 。测 针
长度 为 Ｐ， 圆柱腿 ＯＣ 的投影 与 轴夹 角 ，测
关键 词 ：三 坐 标 测 量机 ；误 差 分 析 ； 触 发测 头
中 图分 类 号 ： Ｔ ７ Ｔ ３ １ ６ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １７ — ８ １ ０ １ｏ— ６— ３ Ｈ ２ Ｐ ９． ７ ６ ２４ ０ （ １）２ ０ ０ ０ ２
随着 测 量机在 应用 领域 扮演着 日益 重要 的角