三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自轉(zhuǎn)精度檢測(cè)方法探究

劉紅剛

（陜西西安市西安飛機(jī)工業(yè)公司，陜西 西安 710089）

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合精度直接影響了零件檢測(cè)的準(zhǔn)確性。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的綜合誤差一般由21項(xiàng)誤差組成，包括測(cè)量機(jī)的各軸直線度、垂直度、角擺、自轉(zhuǎn)、示值誤差等。其中，任何一項(xiàng)誤差超標(biāo)都會(huì)造成測(cè)量機(jī)綜合精度失準(zhǔn)，因此，在大修改造時(shí)，需要對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)21項(xiàng)誤差中的每項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)并修正到要求的精度指標(biāo)范圍內(nèi)。其中，自轉(zhuǎn)誤差是一個(gè)非常重要且容易被大家忽視的檢測(cè)項(xiàng)目。筆者針對(duì)測(cè)量機(jī)各軸自轉(zhuǎn)誤差的檢測(cè)提出了自己的一點(diǎn)建議和方法。

1 自轉(zhuǎn)誤差來(lái)源

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自轉(zhuǎn)誤差是引起測(cè)量機(jī)綜合誤差的重要一項(xiàng)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸在向前運(yùn)動(dòng)過(guò)程中軸本身繞自身軸線也有微小的旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)引起的誤差看似難以理解，但的確會(huì)對(duì)測(cè)量機(jī)最終的綜合精度造成一定的影響，為了消除這種繞自身旋轉(zhuǎn)而引起的自轉(zhuǎn)誤差，就需要對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行檢測(cè)并修正。由于每個(gè)軸都是依靠氣浮導(dǎo)軌來(lái)運(yùn)動(dòng)的，而氣浮導(dǎo)軌本身就有一定的直線度誤差，這種直線度誤差導(dǎo)致軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)有一定的繞自身旋轉(zhuǎn)的誤差產(chǎn)生，因此產(chǎn)生了自轉(zhuǎn)誤差。這種自轉(zhuǎn)誤差的檢測(cè)修正一般在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)首次安裝或經(jīng)過(guò)大修改造時(shí)需要進(jìn)行，自轉(zhuǎn)誤差屬于靜態(tài)精度誤差修正的一項(xiàng)，而且是修正測(cè)量機(jī)綜合誤差的重要影響因素。如果安裝或大修后沒(méi)有對(duì)自轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)并修正，則后期綜合精度超差將是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，整個(gè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度調(diào)試有可能推倒重來(lái)，因此，我們必須在精度調(diào)試的開始階段就做好測(cè)量機(jī)自轉(zhuǎn)的精度檢測(cè)修正。測(cè)量機(jī)每個(gè)軸都有自轉(zhuǎn)誤差，因?yàn)樗容^抽象，不像示值精度那樣直觀，因此檢測(cè)難度比較大，對(duì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的要求較高。

2 自轉(zhuǎn)誤差的激光檢測(cè)方法

自轉(zhuǎn)誤差的激光檢測(cè)方法可以借助激光干涉儀直線度組合鏡頭進(jìn)行，它的檢測(cè)和直線度檢測(cè)的方法有一定的聯(lián)系，因?yàn)橹本€度本身也是檢測(cè)軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在某一個(gè)方向上的偏移量，如果以不同的偏置長(zhǎng)度檢測(cè)兩次直線度，分析直線度檢測(cè)結(jié)果的不同，就可以得出此軸自轉(zhuǎn)引起的誤差大小。每個(gè)軸的自轉(zhuǎn)校準(zhǔn)方法不同，以下分軸來(lái)描述。

2.1 X軸自轉(zhuǎn)精度的激光檢測(cè)方法

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)X軸自轉(zhuǎn)的檢測(cè)方法為：進(jìn)行X軸直線度檢測(cè)，干涉鏡安裝在Z軸下端，做完X軸的直線度Dxz之后，激光頭和激光反射鏡不動(dòng)，只需要將檢測(cè)直線度的激光干涉鏡換裝在一個(gè)較長(zhǎng)的桿上（桿長(zhǎng)大約300 mm即可），桿伸向測(cè)量機(jī)的Y+方向，即正面前端，其他不變，重新對(duì)好激光光路，在此位置再進(jìn)行一次直線度檢測(cè)，記錄2次直線度的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

做X軸自轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是保持激光頭和激光反射鏡不動(dòng)，只加長(zhǎng)激光干涉鏡到Z軸軸心之間的距離，通過(guò)這樣與Z軸中心的距離差來(lái)分析出X軸運(yùn)動(dòng)的自轉(zhuǎn)補(bǔ)償數(shù)據(jù)，直線度的反射鏡需要安裝在沿Z軸方向（豎直方向），做的是X軸在Z方向的直線度。通過(guò)進(jìn)行2次不同長(zhǎng)度的X對(duì)Z的直線度，分析得出X軸的自轉(zhuǎn)精度誤差修正值，將此數(shù)據(jù)輸入三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的補(bǔ)償表中，完成X軸自轉(zhuǎn)的精度修正。

2.2 Y軸自轉(zhuǎn)精度的激光檢測(cè)方法

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)Y軸自轉(zhuǎn)和X軸自轉(zhuǎn)的檢測(cè)方法有所不同，按要求是先檢測(cè)測(cè)量機(jī)長(zhǎng)軸Y軸主腿一側(cè)對(duì)的直線度Dyz，做完后，測(cè)量機(jī)Z軸直接移動(dòng)到副腿一側(cè)，激光頭同樣移動(dòng)到副腿一側(cè)再做一次副腿一側(cè)的直線度，記錄兩次的直線度檢測(cè)數(shù)據(jù)，這樣就完成了Y軸的自轉(zhuǎn)檢測(cè)，兩次直線度的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析作為Y軸自轉(zhuǎn)的精度補(bǔ)償數(shù)據(jù)填寫到補(bǔ)償表中進(jìn)行精度補(bǔ)償。需要注意的是必須做Y軸在Z方向上的直線度Dyz，直線度的反射鏡應(yīng)該豎直放置。

2.3 Z軸自轉(zhuǎn)精度的激光檢測(cè)

測(cè)量機(jī)Z軸自轉(zhuǎn)同樣是進(jìn)行2次Z軸運(yùn)動(dòng)在X方向上的直線度。激光頭、反射鏡、直角轉(zhuǎn)換鏡按直線度的檢測(cè)要求進(jìn)行安裝，第一次的檢測(cè)位置在距離Z軸中心線150 mm處進(jìn)行，用一個(gè)長(zhǎng)150 mm的桿安裝的Z軸下端伸向機(jī)床的Y+方向，在桿上安裝干涉鏡，進(jìn)行完第一次的Z相對(duì)于X軸的直線度Dzx后，直接將150 mm的桿換成300 mm；再進(jìn)行一次Z方向上的直線度Dzx，兩次的方法完全相同，只是干涉鏡的安裝位置有區(qū)別，干涉鏡安裝在長(zhǎng)300 mm的桿上，檢測(cè)軸線距離Z軸中心的位置有了變化，干涉鏡安裝的位置離Z軸的中心位置有一個(gè)長(zhǎng)度偏置量，兩次直線度檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分析作為Z軸自轉(zhuǎn)的修正數(shù)據(jù)，就完成了Z軸方向的自轉(zhuǎn)檢測(cè)。注意在進(jìn)行Z軸自轉(zhuǎn)時(shí)，反射鏡的方向是沿橫梁方向放置，即需要做兩次直線度來(lái)分析。

在不具備激光干涉儀檢測(cè)條件的情況下，我們還可以使用普通的電子水平儀檢測(cè)自轉(zhuǎn)誤差，作為我們判斷測(cè)量機(jī)綜合誤差來(lái)源的一個(gè)簡(jiǎn)易方法。在測(cè)量機(jī)Z軸下端安裝一個(gè)平板，電子水平儀放置在Z軸下端的平板上，電子水平儀置0，測(cè)量機(jī)所檢測(cè)軸以一定的跨距運(yùn)行（通常100 mm的跨距），記錄下該軸每個(gè)跨距停留位置處電子水平儀的讀數(shù)，運(yùn)行完一個(gè)單向行程后，測(cè)量機(jī)回到起始點(diǎn)，電子水平儀旋轉(zhuǎn)180°重新按指定的跨距運(yùn)行一個(gè)單向，記錄每個(gè)跨距停留處的電子水平儀的數(shù)值，兩次檢測(cè)的數(shù)值經(jīng)過(guò)分析作為測(cè)量機(jī)自轉(zhuǎn)檢測(cè)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。用電子水平儀檢測(cè)自轉(zhuǎn)誤差，同樣需要判斷誤差補(bǔ)償方向，以免補(bǔ)償錯(cuò)誤使誤差更大。

3 結(jié)論

我們通過(guò)此方法的實(shí)際檢測(cè)，能很好地檢測(cè)出自轉(zhuǎn)誤差的大小，從而確定綜合誤差的來(lái)源，更好地對(duì)測(cè)量機(jī)的綜合誤差進(jìn)行修正。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自轉(zhuǎn)誤差的檢測(cè)非常重要，它是判斷綜合誤差來(lái)源的重要依據(jù)。只有正確進(jìn)行了自轉(zhuǎn)誤差補(bǔ)償，可以最大限度地減小綜合誤差。自轉(zhuǎn)誤差檢測(cè)時(shí)特別要注意各個(gè)軸的相對(duì)關(guān)系，以免得出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，作為誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)時(shí)，要注意判斷方向，準(zhǔn)確給出補(bǔ)償?shù)恼?fù)值，不能補(bǔ)償?shù)较喾吹姆较?，反而使得誤差更大，影響測(cè)量機(jī)的綜合誤差。

以上是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自轉(zhuǎn)誤差檢測(cè)方面的一點(diǎn)建議，希望能對(duì)大家有所幫助，不足之處請(qǐng)批評(píng)指正。

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