三坐标测量机典型测量问题及其解决方案

    三坐标测量机(CMM)是一种多功能精密计量测试设备。利用三坐标测量机进行零件形位公差检测，既直观又方便，测量结果精度高，免去了常规方法检测用具的设计与制造所需的时间和费用，大辐度降低了生产成本，缩短了生产周期。但是在实际测量工作中，由于测量方法不当，可能会出现比较大的测量误差。下面是经常遇到的几类测量问题及相应的解决方案。

    1、测头系统配置不合理导致的测量结果错误
    问题描述
    在测量一个工件时，首先要配置测头系统，若配置的测头直径和测杆直径非常接近，测量时由于工件装夹误差导致被测量表面与CMM坐标系不平行，非常容易引起误触发。
    解决方案
    为保证工件的测量精度，测头系统的配置应遵守以下原则：
    1)测杆长度尽可能短。测杆触发受力时弯曲或偏斜越大，测量精度将越低，因此在测量时尽可能采用短的测杆。
    2)连接点尽可能少。每次将测杆与加长杆连接在一起时，就引入了新的潜在弯曲和变形点，因此在应用过程中，应尽可能减少连接点的数目。
    3)测球尽可能大。一方面可以使测球与测杆的空隙加大，减少由于“晃动”而误触发的可能；另一方面，测球直径较大，可削弱被测表面 粗糙度对测量精度造成的影响。
    4)传感器灵敏度尽可能高。测头系统配置的关键器件是传感器，不同型号的传感器具有不同的测量精度和速度，如 TP200精度高于TP20，配置前者可以提高测量精度和效率。
    5)在安装配置好测头系统后，应等待30 min 以上，然后再校验测头，以便让测头消除弹性变形恢复到自然状态。
 
    2、短直线、小圆弧测量时，采样范围过小导致的测量结果准确性降低
    问题描述
    在对大半径小圆弧(以下简称小圆弧，指圆心角小于30°的圆弧)中心坐标和直径的测量，以及短直线夹角和距离的测量时，由于采样范围过小，造成采样信息量明显减少，而且测量长度越短，信息量损失越大，测量误差放大倍数越大。
    解决方案
    小圆弧的圆心坐标与半径值在图纸上都标有名义值和公差值，可以根据图样要求和实际情况将其中一个加工精度较高的参数当作已知条件求解另外一个参数。基于这一前提，在三坐标测量机上测量小圆弧有2种方法：一是用理论圆心坐标求其半径，二是用理论半径求其圆心。
    1）如果圆心坐标加工精度比较高，在测量圆弧时，先将圆弧所在平面的参考原点平移到圆弧理论中心上，使之成为新建零件参考坐标系的原点（或直接根据图纸数据在零件坐标系中创建小圆弧的圆心点），然后用圆弧自动测量功能（测头沿法线方向测量）在圆弧上进行采点，每采一点就计算出圆心点到该点的距离，输入圆弧半径名义值及其公差值来判断是否合格。用同样的方法在小圆弧的起点、终点和中间点，分别测出其半径值，都在公差范围内为合格，否则就判为不合格。测量完毕后恢复原参考坐标系。
    如果圆弧半径加工精度比较高，在利用三坐标测量软件进行内外圆弧测量时，调用自动测圆功能后须先给定一个理论圆弧直径，然后再在圆弧上进行若干采点，三坐标测量机便自动计算出圆弧的中心坐标，这样就能判断圆心坐标是否加工合格。在给定图样公差范围内适当调整理论圆弧直径，看其原测量圆弧中心坐标的变化，若两者均在公差范围内就视为合格。
    2）对短直线进行测量时，要注意图纸上元素的关联。要测量2条短直线的角度，如图1所示，如用常规的直接测量2条短直线求夹角的方法，由于直线太短、采点距离过近，造成求解直线时误差放大，再由直线求夹角时结果自然就很不准确。对图纸进行仔细分析，发现2条短直线的交点正好位于小圆孔的中心点上，把中心点引入来构造2条直线，就能解决短直线夹角的测量问题。具体方法：在三坐标测量软件自动方式下执行矢量点功能，先在1条短直线上打1点，与圆孔中心点一起构造1条直线，然后同样在另1条短直线上打1点，再与圆孔中心点一起构造1条直线，2条直线夹角即为所求。总之，短直线的测量要尽量避免将短直线延长后再求值，而测量思路是要么把短直线缩小为一个点来处理，要么把短直线和理论上与短直线在同一直线的点虚拟成长直线来处理。

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