坐标测量机测量长度标准件的误差分析与控制方法

陈 媛

中航飞机股份有限公司 陕西 西安 710089

前言：在进行长度标准件的生产中，想要确保其尺寸精度达到相关标准的要求，需要对其进行周期检定，其中存在的一致性问题会影响检定结果的有效性。以往当出现一致性偏大的情况时，往往只能通过更换设备重新检测的方式进行解决，不仅影响了工作效率，而且会导致成本的增加，甚至会对产品的正常生产造成影响。基于此，在利用坐标测量机对长度标准件进行测量的过程中，需要做好检测流程控制，改进检测方法，有提升周期检定的一致性。

1 坐标测量机的工作原理

坐标测量机主要是将测量设备平台作为参考平面，构建相应的机械坐标系，就被测工件表面被测点的坐标数据进行采集，并将采集到的数据信息投射到空间坐标系中，构建起完善的工件空间模型。坐标测量机的工作原理，是借助机械方法，建立起真实可见的坐标系，然后将测量点通过坐标进行表示，再结合相应的空间几何关系，就能够获得所需的各种测量值，这也使得坐标测量机在测量领域有着相当广泛的引用，基本上，从五金件的尺寸测量到整机整车的几何量测量，都会用到坐标测量机。

2 坐标测量机测量长度标准件的误差及控制方法

2.1 测量元素精度控制

坐标测量机在实际应用中，手动测量模式相比较CNC模式存在一定误差，在就测量点进行测量的过程中，一般是通过坐标测量机光栅记录的点坐标，测量宝石球中心坐标，需要测量的点坐标位于宝石球和工件的接触点，两者之间相差一个宝石球半径，利用前者在经过计算后，能够得到后者，这个过程被称为测头半径修正，主要是通过坐标测量机中的软件部分实现。测量机软件想要对测头半径进行准确修正，必须明确被测点的法向方向，这也是非常必要的条件。在自动测量模式下，程序可以自动给出法向方向，如果是手动测量，则要求操作人员依照测量触测方向或者后退方向，对法向方向进行判断。基本上，所有测量软件在对测量点进行测头半径修正时，都需要沿零件坐标系轴向方向进行，因为就目前而言，并不能对点的方向矢量进行明确。

想要对上述问题进行控制，一是应该从问题产生的根本原因出发，在测量环节做好管控工作，伴随着操作熟练度的提升，问题就能够得到避免；二是在进行手动测量的过程中，应该尽可能沿被测点法向方向进行触测或者后退；三是在对复杂标准件进行测量时，应该建立起完善的零件坐标系，如果测量点无法沿坐标轴向进行测量，可以将其转化为线或者平面的测量；四是手动测量后，可以利用软件系统的自学习程序再次进行自动测量，以此来得到更加准确的结果。

2.2 位置公差精度控制

坐标测量机在进行长度标准件的测量时，平面与平面垂直度或者平行度的测量评价十分关键，如果测量方法选择不当，会影响测量的重复性，导致测量结果无法将真实情况反映出来。

2.2.1 重复性和准确性

坐标测量机对于每个点的测量都存在一个精确度问题，也就是上面提到的重复性，其能够在测量精度指标的探测误差（P值）中反映出来。坐标测量机P值的影响因素有很多，能够反映测量机本身的品质，而除去设备因素，零件表面存在的形状误差同样会对测量点的重复性产生影响，这也使得重复性误差具有客观存在性，容易引发相应的问题：一是坐标测量机受标准件结构即形状的影响，存在无法消除的重复性误差；二是考虑重复性误差的影存在，测量过程中，应该尽可能于被测元素最大区域内进行测量，以确保其能够将标准件的实际情况真实反映出来。

2.2.2 平行度与垂直度

测量完成后，得到的相关元素一般是以矢量的方式存在于计算软件中，例如，线元素是与测量方向相关，与被测线平行的矢量，为了方便计算，需要加上线的投影平面方向矢量，一点一矢量唯一表示改线，线本身只有方向没有长度。面元素由平面的法向矢量与平面上的一点唯一表示，其大小和长宽没有记录。在对线的垂直度和平行度进行计算时，需要先计算两条线的夹角，然后依照被测线的长度，计算平行度和垂直度误差，平面对平面的垂直度和平行度可以采用同样的方法计算。

2.2.3 影响因素

若测量的平面积较大，形状误差小，则测量得到的垂直度和平行度重复性误差较小，而在实际测量中，被测零件的平面形状类型多样，以长方形居多，能够测量的部分可能受到测头与测杆的限制，导致测量范围偏小。基于此，在运用坐标测量机对干部见进行测量的过程中，经常出现测量平面较窄的现象，而因为在测量范围较大时，面的方向矢量不容易受到重复性的影响，因此长方形平面方向矢量在较窄的方向存在较大变化。在对平面垂直度或者平行度进行计算时，通常都会将长边长度作为长度值输入，这样会导致误差的放大，导致结算结果重复性差，无法对实际情况进行反映。

2.2.4 应对策略

针对上述问题，在借助坐标测量机进行长度标准件的测量时，一是应该依照公差做好标准件的归类工作，将周期检测固定到相应的设备上；二是在对各个元素进行检测的过程中，需要严格执行几何量元素测量参数的有关规定；三是技术人员需要对检测程序进行整理和固化，保证检测效果；四是必须严格执行几何量校准、鉴定和相关实验室标准中对于标准定温时间的规定。

3 结语

总而言之，坐标测量机在测量长度标准件时的误差是一个十分关键的问题，需要技术人员做好深入研究，采取有效的措施和方法，对标准件周期检测误差偏大的问题进行解决，提升周期检测的有效性及合格率，保证良好的检测效果。