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[摘 要]CMM已廣泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。随着科技的发展，三坐标测量机对测量精度的要求越来越高。本文探讨了影响三坐标测量机测量精度的因素与对策。
[关键词]三坐标测量机；测量精度；因素；对策
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0378-01
三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称 CMM） 20世纪 60 年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。随着科技的发展，三坐标测量机对测量精度的要求越来越高。笔者根据多年工作经验，对影响三坐标测量机测量精度的因素与对策进行探讨。
1、影响三坐标测量机测量精度的因素
（1）机房环境的温度与湿度。影响三坐标测量机测量精度的因素很多，其中最重要的因素就是温度问题。每年进行一次的精度校正，并不能保证在温度变化的情况下测量机都能测量准确。尤其是当季节变化时，机房的温度已与校验时不同。当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。此外，使用三坐标测量仪测量的环境湿度，应该在55～65%。如果湿度过大，被测物体容易发生锈蚀，影响测量结果的准确度。
（2）三坐标测量机测头校正的准确性。三坐标测量机测头校正的目的，是要校正出测杆（测尖）的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时产生的误差，将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证正确和准确。
（3）三坐标被测零件的形状误差及基准的正确选择。因为测量机测量的原理是先采点，然后软件对所采点进行拟和计算误差。所以测量机测量时对零件的形状误差有一定的要求。当被测零件有明显的毛刺或沙眼时测量的重复性就明显变差，以至于操作员给不出准确的测量结果。在这种情况下一方面要求对被测零件的形状误差进行控制，也可以适当增大测杆宝石球的直径，但测量误差显然要大一些。
（4）动态误差源。长期以来，三坐标测量机处于静态或以静态为主的测量方式，测量效率较低。测量机的动态特性限制了测量机测量速度的提高，其根本原因是测量机动态误差对测量精度的影响，已有的静态模型不再满足高速测量的精度要求。对于测头动态特性、导轨支承的稳定性、光栅测量系统的动态响应等均会受到测量速度的影响，而且各个误差影响因素相互关联。
（5）机体结构动变形。测量机在快速测量过程中，由于测头在触测工件点瞬间仍然处于加速状态，测量机移动部件的惯性力和电机产生的驱动力方向不重合，会导致测量机运动部件的变形和气浮导轨间隙的变化。具体表现为运动部件各组成部分绕三轴的偏转带来的转角误差，此类误差还会与机体的线性动变形通过三轴的位置关系传递到测头处，最终导致测头的位置偏离，产生测点处的动态误差，降低了测量精度。
（6）速度对光栅测量系统的影响。速度是影响测量精度的关键因素。速度的变化造成机体结构的动变形影响测量精度，速度的提高会使测头和测量系统的动态性能变差直接影响测量精度。三轴测量系统的动态误差都是随着运动速度的增加而变大，而且存在三轴位置相关性。
2、对策
（1）采取措施控制机房的温度与湿度。由于三坐标测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。如有窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定的距离。三坐标测量机房加强管理，不要有多余人员停留。在三坐标测量机软件中可以用线性修正和温度修正，来针对现场检定时的环境情况修正温度影响。在机房温度稳定的情况下，对因光栅温度和量块温度不同而造成的误差，用温度修正系数来进行修正。当机房环境湿度比较大的时候，可使用除湿机以保证测量的结果的准确性。
（2）做好开机前的准备工作。三坐标测量机对环境要求比较严格，应按合同要求严格控制温度及湿度；三坐标测量机使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如果气源不干净，有油.水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气浮轴承和气浮导轨划伤。所以每天要检查机床气源，放水放油，定期清洗；过滤器及油水分离器。还应注意机床气源前级空气来源，空气压缩机或集中供气的储气罐也要定期检查；每次开机前应清洁机器的导轨，金属导轨用航空汽油擦拭，花岗岩导轨用无水乙醇擦拭。测量机即使长期不用，也应保持有效环境的温度湿度。可定期开空调除湿，防止高温高湿环境对测量机造成损害。
（3）严格进行测头校正。要根据形状误差和校正出的宝石球直径及重复性判断校正的准确性。要使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法检查校验精度。测头校验后保存的测头文件，在测头、测杆没有动的前提下可以调出使用。但测量精度比较高的情况下，应重新校正测头。要合理设置测头运行参数，既提高测量效率，又使之对动态精度的影响最小。特别注意测量使用的速度参数应与校准测头的速度参数一致，否则将会由测端作用直径的变化带来很大的触测误差。测量机的动态精度存在空间位置相关性，故应尽量在测量精度最高的位置进行测量作业。一般在靠近各轴测量系统的位置测量精度最高。
（4）提高环形框架刚性。降低x向运动部件重心，从而减小惯性力及产生的机架动变形，同时也保证了平稳、精确的运动。采用中间驱动结构，尽量使驱动力与惯性力的方向重合，减小动态转角误差对测量精度的影响。优化气浮轴承设计，使其具有良好的刚性和承载能力。设计符合阿贝原则的新型结构坐标测量机。提高测量控制系统的性能，使运动更加精确平稳。
（5）动态误差补偿。测量机的动态误差具有一定的重复性，故可以采用误差补偿的方法来提高动态测量精度。误差补偿是一项以较低成本大幅度提高测量精度的先进技术手段。误差补偿包括机构误差补偿和测端作用直径的动态误差补偿。
（6）采取正确的测量方法。 对于不同的测量物件，使用的测量的方法也不同，而测量方法的正确与否，直接影响到使用三坐标测量机的测量的精度。正确的选择测量基准是测量的重要环节之一。 测圆和测线时要选择投影平面或工作平面，建立零件坐标系时正确选择一基准和第二基准，计算同轴度时如何选择基准轴线等。要使用尽可能短的三坐标测量仪的测针。根据使用者的的测量的经验，测针越短，就可以是测量的结果更加的准确。
今后，三坐标测量机的发展趋势，主要有对新材料和新技术以对具体应用，加强对控制系统的改进，致力于测量机测头与高科技进行融合，研发出多功能高精度低成本的测量机，进一步增强创新意识与软件技术的革新，使三坐标测量机可以摆脱环境等因素的制约，达到随到随用的效果。
参考文献
[1]欧春玲.浅谈三坐标测量仪的应用及发展[J].中国科技投资，2017 （5）.
[2]冀红.三坐标测量机精度影响因素分析及解决措施[J].科学与财富 ， 2017 （10）.
[3]刘顺起.浅谈三坐标测量机测量误差原因及预防措施[J].中国新技术新产品，2013（3）.
[关键词]三坐标测量机；测量精度；因素；对策
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0378-01
三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称 CMM） 20世纪 60 年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。随着科技的发展，三坐标测量机对测量精度的要求越来越高。笔者根据多年工作经验，对影响三坐标测量机测量精度的因素与对策进行探讨。
1、影响三坐标测量机测量精度的因素
（1）机房环境的温度与湿度。影响三坐标测量机测量精度的因素很多，其中最重要的因素就是温度问题。每年进行一次的精度校正，并不能保证在温度变化的情况下测量机都能测量准确。尤其是当季节变化时，机房的温度已与校验时不同。当温度偏离太大时会对测量精度造成很大影响。此外，使用三坐标测量仪测量的环境湿度，应该在55～65%。如果湿度过大，被测物体容易发生锈蚀，影响测量结果的准确度。
（2）三坐标测量机测头校正的准确性。三坐标测量机测头校正的目的，是要校正出测杆（测尖）的红宝石球的直径，进行测量点测头修正，并得出不同测头位置的位置关系。在测头校正时产生的误差，将全部加入到测量中去。所以在这个环节中要保证正确和准确。
（3）三坐标被测零件的形状误差及基准的正确选择。因为测量机测量的原理是先采点，然后软件对所采点进行拟和计算误差。所以测量机测量时对零件的形状误差有一定的要求。当被测零件有明显的毛刺或沙眼时测量的重复性就明显变差，以至于操作员给不出准确的测量结果。在这种情况下一方面要求对被测零件的形状误差进行控制，也可以适当增大测杆宝石球的直径，但测量误差显然要大一些。
（4）动态误差源。长期以来，三坐标测量机处于静态或以静态为主的测量方式，测量效率较低。测量机的动态特性限制了测量机测量速度的提高，其根本原因是测量机动态误差对测量精度的影响，已有的静态模型不再满足高速测量的精度要求。对于测头动态特性、导轨支承的稳定性、光栅测量系统的动态响应等均会受到测量速度的影响，而且各个误差影响因素相互关联。
（5）机体结构动变形。测量机在快速测量过程中，由于测头在触测工件点瞬间仍然处于加速状态，测量机移动部件的惯性力和电机产生的驱动力方向不重合，会导致测量机运动部件的变形和气浮导轨间隙的变化。具体表现为运动部件各组成部分绕三轴的偏转带来的转角误差，此类误差还会与机体的线性动变形通过三轴的位置关系传递到测头处，最终导致测头的位置偏离，产生测点处的动态误差，降低了测量精度。
（6）速度对光栅测量系统的影响。速度是影响测量精度的关键因素。速度的变化造成机体结构的动变形影响测量精度，速度的提高会使测头和测量系统的动态性能变差直接影响测量精度。三轴测量系统的动态误差都是随着运动速度的增加而变大，而且存在三轴位置相关性。
2、对策
（1）采取措施控制机房的温度与湿度。由于三坐标测量机房要求恒温，所以机房要有保温措施。如有窗户要采用双层窗，并避免有阳光照射。门口要尽量采用过渡间，减少温度散失。在设备安装时要做好规划，使电气设备、计算机等与测量机有一定的距离。三坐标测量机房加强管理，不要有多余人员停留。在三坐标测量机软件中可以用线性修正和温度修正，来针对现场检定时的环境情况修正温度影响。在机房温度稳定的情况下，对因光栅温度和量块温度不同而造成的误差，用温度修正系数来进行修正。当机房环境湿度比较大的时候，可使用除湿机以保证测量的结果的准确性。
（2）做好开机前的准备工作。三坐标测量机对环境要求比较严格，应按合同要求严格控制温度及湿度；三坐标测量机使用气浮轴承，理论上是永不磨损结构，但是如果气源不干净，有油.水或杂质，就会造成气浮轴承阻塞，严重时会造成气浮轴承和气浮导轨划伤。所以每天要检查机床气源，放水放油，定期清洗；过滤器及油水分离器。还应注意机床气源前级空气来源，空气压缩机或集中供气的储气罐也要定期检查；每次开机前应清洁机器的导轨，金属导轨用航空汽油擦拭，花岗岩导轨用无水乙醇擦拭。测量机即使长期不用，也应保持有效环境的温度湿度。可定期开空调除湿，防止高温高湿环境对测量机造成损害。
（3）严格进行测头校正。要根据形状误差和校正出的宝石球直径及重复性判断校正的准确性。要使用不同测头位置时，在校正完所有测头位置后，要通过测量标准球球心点坐标的方法检查校验精度。测头校验后保存的测头文件，在测头、测杆没有动的前提下可以调出使用。但测量精度比较高的情况下，应重新校正测头。要合理设置测头运行参数，既提高测量效率，又使之对动态精度的影响最小。特别注意测量使用的速度参数应与校准测头的速度参数一致，否则将会由测端作用直径的变化带来很大的触测误差。测量机的动态精度存在空间位置相关性，故应尽量在测量精度最高的位置进行测量作业。一般在靠近各轴测量系统的位置测量精度最高。
（4）提高环形框架刚性。降低x向运动部件重心，从而减小惯性力及产生的机架动变形，同时也保证了平稳、精确的运动。采用中间驱动结构，尽量使驱动力与惯性力的方向重合，减小动态转角误差对测量精度的影响。优化气浮轴承设计，使其具有良好的刚性和承载能力。设计符合阿贝原则的新型结构坐标测量机。提高测量控制系统的性能，使运动更加精确平稳。
（5）动态误差补偿。测量机的动态误差具有一定的重复性，故可以采用误差补偿的方法来提高动态测量精度。误差补偿是一项以较低成本大幅度提高测量精度的先进技术手段。误差补偿包括机构误差补偿和测端作用直径的动态误差补偿。
（6）采取正确的测量方法。 对于不同的测量物件，使用的测量的方法也不同，而测量方法的正确与否，直接影响到使用三坐标测量机的测量的精度。正确的选择测量基准是测量的重要环节之一。 测圆和测线时要选择投影平面或工作平面，建立零件坐标系时正确选择一基准和第二基准，计算同轴度时如何选择基准轴线等。要使用尽可能短的三坐标测量仪的测针。根据使用者的的测量的经验，测针越短，就可以是测量的结果更加的准确。
今后，三坐标测量机的发展趋势，主要有对新材料和新技术以对具体应用，加强对控制系统的改进，致力于测量机测头与高科技进行融合，研发出多功能高精度低成本的测量机，进一步增强创新意识与软件技术的革新，使三坐标测量机可以摆脱环境等因素的制约，达到随到随用的效果。
参考文献
[1]欧春玲.浅谈三坐标测量仪的应用及发展[J].中国科技投资，2017 （5）.
[2]冀红.三坐标测量机精度影响因素分析及解决措施[J].科学与财富 ， 2017 （10）.
[3]刘顺起.浅谈三坐标测量机测量误差原因及预防措施[J].中国新技术新产品，2013（3）.