谢岳军
中测测试科技（杭州）有限公司
摘要：在加工件越来越复杂和加工精度日益提高的背景下，我国社会很多领域都尝试着应用三坐标测量机，三坐标测量机的校准也越来越重要。通常，在三坐标测量机校准中必须要综合考虑多个方面，比如：温度、机器以及测头校验等等对校准结果的影响，只有这样才可以保证校准结果的精确性。基于此，本文概述了三坐标校准检测21项参数误差，而且分析了三坐标测量机校准中需要注意的问题，以供大家学习和参考。
关键词：三坐标测量机校准；问题
三坐标测量机属于多功能的精密测量仪器，能够对各种零部件的位置尺寸大小以及形状等等进行测量。因为具有操作便捷以及高精度等特征，其在我国很多领域都普遍应用，比如：机械制造领域，还有电子领域等等。一般来说，在三坐标测量机使用中因为传动皮带出现老化的现象，光栅信号不强，所以测量机精度逐渐有所改变，所以要想确保三坐标测量机正常运行，必须定期对三坐标进行校准。
一、概述三坐标校准检测21项参数误差
三坐标测量机主要是由三个相互垂直的运动轴组成，对空间范围内每个点的三维坐标值进行测量。而在各个运动轴中都有1项定位误差与5项几何误差，3个轴的误差总共有18项。其中，就5个几何误差来讲，主要包括两个方向的直线度误差和角度误差[1]。并且加上3个轴彼此之间的垂直度，则有21项误差。这便是三坐标测量机中的21项误差，在三坐标测量结果不确定度中21项误差也是主要因素之一，对1台三坐标测量机的总体质量有重要影响。三坐标测量机精确度的重要基础是21项误差，其校准十分复杂。当新机验收以及三坐标测量仪出现搬动时，必须要校准21项误差，以确保三坐标测量机始终有较高的测量精度。
二、三坐标测量机校准中需要注意的问题
（一）温度影响校准结果
许多物体都可以热胀冷缩，如果温度有所改变，物体长度自然也有所改变。因此，作为三坐标测量机生产企业，往往将其使用环境温度严格控制在20摄氏度左右，温度时间梯度也控制在每小时1摄氏度，温度空间梯度控制在每米1摄氏度，然而我国许多坐标机使用都不符合这些要求，对坐标机的温度补偿功能也缺乏合理运用且充分认识[2]。怎样找到且完全消除校准结果受到温度的影响？通常，可以采取相应的措施，具体表现在以下几点：第一，对环境中每个轴的温度和机器配置的温度传感器精确性进行科学检测，所选的标准器是高精度温度传感器。第二，利用技术协议以及试验数据等等获取每个轴的材料。第三，每个坐标机操作人员必须要多加注意，就算将温度控制在20摄氏度左右，若检测对象和每个轴材料的线膨胀系数有明显的不同，也缺乏温度补偿，那么，检测精度就不能满足自身的期望，也要结合具体情况来合理分析。
（二）机器影响校准结果
三坐标测量机的校准方法往往是测量一组有效期内的具备特定值的标准器，以获取测量值与标准值的差值。若机器的测针以及光栅尺等存在杂质，就容易导致校准结果与实际值不相符，所以在校准前应该使用干净的布对机器的重要部门进行仔细擦拭，确保其干净。并且在使用前应该对机器预热处理，利用预热让设备性能更加稳定，降低偏移。X轴、Y轴、Z轴的线性异常的情况下还是显示数值误差偏大，这时需要着重考虑机器精度是不是有问题。最好是安排专门的技术人员定期对三坐标测量器进行科学的维护，实施精度补偿处理。并且要想确保三坐标测量机稳定运行且始终保持出厂精度，应该每隔一年或者两年对其维护保养。
校准结果容易受到测针校验的精确性影响。之所以进行测针校验，其根本目的在于利用测杆的红宝石球采点测量标准球，以对红宝石球的半径补偿以及各个角度之间的位置关系进行全面分析，在校验过程中应该多加注意以下几个方面：第一，确保红宝石球以及标准球表面是干净且光滑的。第二，保证标准球以及测头等安装是稳固的。第三，结合实际需求正确选择合适的测杆长度以及红宝石球直径等等，也要确保输入紧缺[3]。第四，结合校验结果的直径以及形状误差，准确判断校验结果是否准确，而且每个方向的红宝石球校验获取的直径相似。就多组探针混合使用来讲，必须要保证多组探针迅速检验各个组合探针，保证不同小组探针之间有精确的关联。第五，机器校验速度尽量近似与标准过程中运用的速度。
（三）测头校验影响校准结果
一般来说，测头校验的目的有多个，比如：获取测针的红宝石球的补偿直径，还有建立各个角度测针之间精确的彼此关系。测头检验是否精确对校准精度有重要的影响。在测头校验过程中必须要多加注意以下几个方面：第一，正确选择测针以及加接长杆，通常使用4by30毫米的测针，无需加接长杆。正确安装测针以及标准球等等，使用无水酒精仔细擦拭测针以及标准球。第二，做好测头校验后，需要科学验证测头校验是否具有精确性，利用软件的验证程序，使用小于或者等于30毫米的环规和量块配套合理验证。第三，在测头校验过程中测量精度和校准精度过程中必须要保持相同的速度。尤其是有些三坐标测量机经常使用，在测头校验过程中若测量速度不一样，那么获取的红宝石球直径也必定不一样，最后获取的直径补偿也存在差异。有些三坐标测量器使用时间超过四年，不调整机器软件的速度设置，仅仅改变操作盒，使速度发生变化。因此如果在校验高速校准过程中使用低速，外尺寸过小内尺寸过大。相反，如果在校验检验低速校准过程中使用高速，那么外尺寸偏大内尺寸偏小。第四，若测头检验结果得出，形状误差很大，需要认真考虑其是否因为以下几个方面的原因导致：首先，测头还是有灰尘，需要认真擦拭好才可以再次校验。其次，测头体老化或者破损，需要及时更换新的测头体。然后，导轨运动直线度出现巨大的改变，必须要利用精度的变位校准进行科学验证。最后，气垫严重的堵塞，需要迅速清洗干净，而且进行适当的调整[4]。若测头直径存在异常，这时必须要考虑是不是没有完全擦拭好或者标准球直径输入是不是准确。
（四）软件的特性和可靠性影响测量结果
第一，每种测量软件都有着不一样的数据处理功能，在测量量块程度中采用的方法是构建零件坐标系，对量块两个工作面中心点之间的投影距离进行测量，也能结合软件特性将点到面和面到面的距离做出来，进而将其中一个面作为基准，将其他面的坐标输出，以获取相应的测量值[5]。第二，通常，在精度校准中必须要运动自动检测方法，而且需要对自动和手动方法的不同进行仔细检查，若差异相当大，这时需要质疑此软件是不是存在一定的缺陷。有关人员需要向用户及时反映这些情况。
结语：
总而言之，三坐标测量机的根本目的除了对三坐标测量机每个方向的精度进行测量，也为使用者以及操作者提供有力的参考依据。若因为操作方式以及使用环境等多方面原因造成校准结果无法将三坐标测量机存在的问题全面反映出来，校准就没有任何的意义。并且在三坐标测量机在实际校准中必须要多加注意影响校准结果的各个因素，这是尤为重要的，否则就难以保证校准结果的准确性。
参考文献：
[1]熊俊,熊乙锟,陈龙,李钢.三坐标测量机校准结果影响因素分析[J].计量科学与技术,2020(09):54-57.
[2]叶震宇.三坐标测量机校准中需要注意的问题[J].工业计量,2012,22(S1):120-121.
[3]孙世为,梁培志,李志刚.批量零件三坐标测量的校准及误差评估算法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2005(03):5-6+29.
[4]李凯.三坐标测量机探针校准的误差分析[J].物理测试,2004(04):23-25.
[5]安卫.三坐标测量机的误差校正、检定与改装技术的现状和发展动态[J].航空精密制造技术,1996(02):37-40.