当前位置：网站首页 > 新闻资讯 > 技术文章
技术文章

三坐标测量机误差补偿方法及造成误差的原因

一．机械精度：

（一）21项机械制造误差。

1．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. 定位误差

δx(x) —沿X轴运动时沿X方向的定位误差；

δy(y) —沿Y轴运动时沿Y方向的定位误差；

δz (z) —沿Z轴运动时沿Z方向的定位误差。

ⅱ. 直线度误差

δy(x) —沿X轴运动时沿Y方向的直线度误差；

δz(x) —沿X轴运动时沿Z方向的直线度误差；

δx(y) —沿Y轴运动时沿X方向的直线度误差；

δz(y) —沿Y轴运动时沿Z方向的直线度误差；

δx(z) —沿Z轴运动时沿X方向的直线度误差；

δy(z) —沿Z轴运动时沿Y方向的直线度误差。

ⅲ .垂直度误差

αxy —X、Y轴间的垂直度误差；

αxz —X、Z轴间的垂直度误差；

αyz —Y、Z轴间的垂直度误差。

2．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. 转度误差（角运动误差）

εx(x) —沿X轴转动時绕X方向的转动误差（滚转误差）；

εy(y) —沿Y轴转动時绕Y方向的转动误差（滚转误差）；

εz(z) —沿 Z轴转动時绕Z方向的转动误差（滚转误差）；

εy(x) —沿X轴转动時绕Y方向的转动误差（俯仰误差）；

εx(y) —沿Y轴转动時绕X方向的转动误差（俯仰误差）；

εy(z) —沿Z轴转动時绕Y方向的转动误差（俯仰误差）；

εx(z) —沿Z轴转动時绕X方向的转动误差（俯仰误差）；

εz(x) —沿X轴转动時绕Z方向的转动误差（偏摆误差）；

εz(y) —沿Y轴转动時绕Z方向的转动误差（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；

1．机械结构刚性引起的变形量

2．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。

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）计量基准—光栅尺的变形

光栅尺的种类：

ⅰ．RENISHAW金属光栅尺：

ⅱ．HEIDENHAIN Aurodur金属光栅尺：

ⅲ．玻璃光栅尺：

目前在三坐标测量机基本上已不太采用，主要用在小量程的光学影像仪。

二．控制系统：

主要包括控制器、光栅尺、细分器、电机、驱动器和操作盒组成。

（一）控制器由PC控制计算机与控制软件组成。PC控制计算机采用具有高速运算功能的 DSP（Digital Signal Process即数字信号处理器）；控制软件的软件结构与PC控制计算机的硬件结构、功能相关连。

1．精确、实时地读取空间坐标值

控制软件要对空间坐标值定时读取，以实现对测量机的状态监控和位置控制；

当测头系统发出采样信号时，要实时地将当前空间坐标值读取，作为测量软件的输入数据；

2．运动轨迹的控制

具有FLY（飞行）功能即具有连续轨迹插补技术和真正三维矢量运动功能，可实现大幅降低移动桥架的动态误差，减小了跟随误差，提高了定位误差，同时也提高了机器的工作效率。

3．状态监控

对测量机的运行状态进行实时监控，对故障进行自诊断处理，如坐标轴移动到行程极限、运动速度超速、光栅幅值过高或过低、跟随误差过大、气压过低、测头触测或误碰、环境温度等，对系统进行相应的处理；防碰撞保护功能；

4．测头系统的管理

测量机速度分为运行速度和测量速度。软件控制测头以高速运行到工件表面，再转换为测量速度和法矢方向接触工件，采点完成后，测头再按原路径和设定的速度回退到安全距离。

5．参数的管理和初始化。参数有：PID参数、机器行程参数、机器速度与加速度、光栅分辨率、到位窗口的设置、跟随误差极限的设置、测头与测座的型号等。

6．数据通讯功能；

控制系统与测量软件进行通讯；接收测量软件所发出的命令并进行解释，将控制系统的状态与数据回送给测量软件及与测头控制器通讯，管理测头的更换和旋转等。

（二） TESTSOFT调试软件

 具有专利技术的AUTOTUNE自动调试软件：具有自动生成PID参数、自动调整光栅参数及功率驱动器参数的功能；

 动态测试：

按照美国B89标准要求：Repeatability（重复性测试）/Tunneling 空间定位

测试和/Settling到位测试；

（三） 21项误差的补偿功能

（四）光栅尺的功能

 支持RENISHAW光栅系统；

 支持HEIDENHAIN光栅系统；

 支持玻璃光栅系统；

（五）细分器的功能

 电路细分：将移相电阻链与数字逻辑电路相结合的方法对于脉冲信号进行细分。它的细分倍数一般为5的倍数，常见的细分倍数有：20倍、40倍、100倍等几种；

 软件细分：以A/D转换器及CPU组成，对于脉冲信号进行细分。它的细分倍数一般为8的倍数；

（六）直流电机/测速机伺服机组及伺服驱动器的功能；

 PWM（Pulse-Width Modulation）驱动器即脉宽调制系统，是按一个固定的频率来接通和断开直流电源，广泛应用于赶精度伺服控制中；具有调速比高、响应速度快、起动性能好的特点；其还具有过压、过流、过速、过热等多种保护。

 三轴的伺服驱动控制：X、Y、Z轴；

 四轴的伺服驱动控制：X、Y、Z轴及旋转轴；必须具有针对旋转轴的补偿修正的功能，不然旋转轴没有精度。四轴的三坐标测量机验收标准：执行《ISO10360-3的标准》；

（七）操作盒的功能

 操作盒以单片机为核心，由手操杆和功能键组成,功能全且具有调试和自检功能，使用和维护方便；

（八）支持多种温度补偿系统

 线形温度补偿：

 结构温度补偿：

（九）支持多测头系统

 接触式测头系统：

 包括触发式测头：TP2. TP20. TP7M.TP200等；

 扫描式测头系统：SP600.SP25M.SP80.LSP-X3.LSP-X5等；

 支持测头更换架：ACR1.SCR等；

 CCD光学影像测头；

 激光测头：包括点激光测量系统和线扫描激光测量系统；

（十）支持双光栅/双驱动系统

（十一）远程控制功能

（十二）功能扩展接口

分享到：

点击次数：更新时间：2018-01-06 16:13:12 【打印此页】【关闭】

上一条：全自动、半自动和手动三坐标测量仪有什么区别下一条：全自动影像测量仪

新闻资讯

联系方式

当前位置：网站首页 > 新闻资讯 > 技术文章 技术文章

三坐标测量机误差补偿方法及造成误差的原因

当前位置：网站首页 > 新闻资讯 > 技术文章
技术文章