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包括:三坐标测量机本身的误差，如导向机构(直线和旋转)的误差、参考坐标系的变形、测头和标准量的误差；与测量条件有关的各种因素引起的误差，如测量环境(温度、灰尘等)的影响。)，测量方法的影响和一些不确定因素等。

三坐标测量机的误差源比较复杂，很难一一分离并修正。一般只修正那些对三坐标测量机精度影响较大的误差源和容易分离的误差源。目前研究*多的是三坐标测量机的机构误差。生产中使用的坐标测量机大多是正交坐标测量机。对于一般的三坐标测量机，机构误差主要是指直线运动零件的误差，包括定位误差、直线度运动误差、角运动误差和垂直度误差。

三坐标测量机的主要误差分析

三坐标测量机的精度评定或误差修正应基于三坐标测量机的固有误差模型，其中必须给出各误差项的定义、分析、传递和误差综合后的总误差。所谓总误差，在三坐标测量机的精度验证中，是指反映三坐标测量机精度特性的综合误差，即示值精度、重复精度等。在三坐标测量机的误差修正技术中，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点是导轨对其所引导的零件限制五个自由度，测量系统控制运动方向上的第六个自由度，因此引导零件在空间中的位置由导轨及其所属的测量系统决定。

探针误差分析

CMM的探头分为两类:接触式探头根据其结构分为两类:开关式(也称触发式或动态信号式)和扫描式(也称比例式或静态信号式)。开关探针误差由开关行程、探针各向异性、开关行程离散、复位死区等因素引起。扫描探针的误差由力-位移关系、位移-位移关系、交叉耦合干涉等引起。

探头的开关行程是从探头与工件接触到探头偏转的距离。这是探头的系统误差。探头的各向异性是开关行程在各个方向上的不一致性。这是一个系统误差，但通常被视为随机误差。开关行程分解是指重复测量时开关行程的离散程度。在实际测量中，是通过开关行程在某一方向的标准差来计算的。

复位死区是指当探针杆偏离平衡位置后，外力被去除，探针杆在弹簧力的作用下复位，但由于摩擦力的作用，探针杆无法回到原来的位置，其偏离原来位置的地方就是复位死区。

三坐标测量机的相对综合测量误差和空间误差

三坐标测量机的相对综合误差

所谓相对综合误差，就是坐标测量机测量空间中点到点距离的测量值与真值之差，可以用以下公式表示:

综合误差=距离测量值-距离真值

在进行三坐标测量机定额验收和周期检定时，不需要准确知道测量空间内各点的误差，只需要知道坐标测量工件的精度即可，可以用三坐标测量机的相对综合误差来评价。

综合误差并不直接反映误差来源和*终测量误差，只是在测量与距离有关的尺寸时反映误差的大小。测量方法相对简单。

三坐标测量机的空间矢量误差

空间矢量误差是指三坐标测量机测量空间中任意一点的矢量误差，是测量空间中任意一个固定点在理想直角坐标系下的三维坐标与三坐标测量机建立的实际坐标系之间的差值。

理论上，空间矢量误差是空间点所有误差的矢量合成得到的综合矢量误差。通过空间矢量误差，我们可以直观地知道三坐标测量机测量误差的大小、范围和分布。

三坐标测量机的静态误差合成

坐标测量机(CMM)对测量精度要求较高，且其部件众多，结构复杂，影响测量误差的因素较多。坐标测量机是一种多轴机床，主要有以下四种静态误差来源:

(1)结构件(如导轨、测量系统)精度有限造成的几何误差。这些误差是由这些结构件的制造精度和安装维护中的调整精度决定的。

(2)与坐标测量机机构的有限刚度有关的误差。主要是运动部件的重量造成的。这些误差由结构构件的刚度、重量和结构决定。

(3)热误差，如单一温度变化和温度梯度引起的导轨膨胀和弯曲。这些误差是由三坐标测量机的机器结构、材料特性和温度分布决定的，受外部热源(如环境温度)和内部热源(如驱动装置)的影响。

(4)探头与附件的误差，主要包括更换探头、增加延长杆等附件引起的探头端半径变化；探针在不同方向和位置接触时的各向异性误差；由索引表的旋转等引起的错误。