技术分享 | 坐标测量机误差补偿-补偿方法介绍

“误差补偿”是为了使得坐标测量机经济地达到更高的测量精度，人们不断发展的技术。要完全通过提高制作精度、严格控制环境条件与使用条件来实现高的测量精度，是很困难的。即使技术上可能，在经济上也要付出高昂的代价。为了经济地达到高的测量精度，误差补偿技术在三坐标测量机中得到了广泛的应用。

误差补偿的意义

在我们前面的系列介绍中，我们系统地分析了坐标测量机不确定度的来源。在用坐标测量机测量工件时，希望知道给定任务的测量不确定度到底有多大，然而，通过对机构误差，热变形误差，探测误差，软件误差，采样策略等等不确定度来源地分析，我们知道这并非易事。

随着科学技术的发展，对三坐标测量机的精度提出了越来越高的要求。要完全通过提高制作精度、严格控制环境条件与使用条件来实现高的测量精度，是很困难的。即使技术上可能，在经济上也要付出高昂的代价。下面列举了业界最高精度的坐标测量机，其超高精度令人印象深刻，其高昂的成本和严苛的使用条件同样令人印象深刻。所以为了经济地达到高的测量精度，误差补偿技术在三坐标测量机中得到了广泛的应用。

ZEISS XENOS，测量范围 X x Y x Z [mm] 900 x 1,500 x 700，测量误差（18℃~22℃）0.3μm + L/1,000。

Leitz Infinity测量系统，测量范围 X x Y x Z （1200 x 1000 x 575 mm ）空间范围的测量误差“E”值在0.3 + L / 1000 [μm]之内。

按照传统观念，为了加工高精度零件，必须有精密机床；为了精确地测量零件，必须有高精度仪器。机床或仪器的基准部件，必须有比被加工件或被测件更高的精度。例如，在圆度仪上测量工件圆度，是以圆度仪的轴系回转运动作为测量基准的。它要求轴系有比被测件的圆度更高的精度，而在检验圆度仪的轴系回转精度时，又以标准球为基准。这里就出现了互为基准的问题。事实上，人们总是采用各种办法使某些误差得以补偿，使机床能加工出比它自身精度更高的零件，使仪器能测量比它自身精度更高的零件。从这个意义上讲，误差补偿技术是一项带根本性的技术，在推动技术进步中起着重要的作用。时代要求我们,更自觉地运用误差补偿技术以实现更高的加工和测量精度。

误差补偿方法介绍

误差补偿的方法很多。例如，在多齿分度盘及莫尔条纹的形成中，都利用平均效应使许多误差得以消除或减小。在角度测量中，利用对径读数消除安装偏心与轴系回转运动误差的影响，用的也是平均效应。在差动式传感器与差动放大器中，利用差分方法消除共模干扰的影响，也是误差补偿的例子。

直线光栅的莫尔条纹

作为上述两种方法的综合与扩展，就是误差分离法。在圆度和直线度以及轴系回转运动和直线运动误差测量中，常采用 180°转位、多步测量法、多测头法等。通过不同测量的组合，将工件的圆度误差与轴系回转误差、直线度误差与直行运动部件的直线度运动误差分离出来，也是误差补偿的重要方法。

iRED回转轴线误差检测仪

误差补偿的第 4 种常用方法是闭环法。放大器主要采用闭环放大器，它使放大器的开环特性基本上对放大器没有影响。闭环跟踪系统也是用闭环的方法实现误差补偿的例子。在闭环系统中影响精度的主要因素是零位鉴别误差与反馈环节的误差,而直馈环节的误差对系统精度基本上没有影响。

误差补偿的第 5 种常用方法是误差测定法。它的基本思想是用精度更高的仪器将机床或仪器的误差检定出来，然后按检定的结果对它进行修正。量块按等使用，就是这种方法的一个例子。对丝杠的螺距与螺旋线误差用修正尺或计算机软件进行补偿，也是这种方法的应用。三坐标测量机也常用这种方法进行误差补偿。它的基本思想是：用精度更高的仪器或样件，将三坐标测量机的误差检定出来。在三坐标测量机工作时，按这些检定的结果，对误差进行修正。

利用干涉仪进行机构误差校准及补偿

另外，误差预报法也是常用方法。对于动态过程或较复杂的过程，常采用误差预报法。例如对于机床，常可按照前面加工件或加工情况的误差变化规律去预报后面加工件的误差。

比较测量的方法

为了最大限度地减小上述误差的影响，除了对一些误差(主要是系统误差)作误差补偿外，还可以用比较法实现测量。用比较法测量时，需要有一个与被测元素相同的标准件，而三坐标测量机仅用作比较仪。显然，在这种使用情况下，很多误差得以消除。剩下的主要是标准件误差、探测误差、安装误差以及由于被测件温度、线膨胀系数不同而带来的误差，还有被测件的几何形状引起的误差等。在采用比较法测量时要求测量标准件和工件的条件尽可能相同，以期有更多的误差能被抵消。如果被测元素有较大形状误差,由于采样策略引起的测量不确定度很可能成为主要因素。比较法摒弃了三坐标测量机具有很强的通用性这一特点，只把它用作一台比较仪。使得测量速度更快，对现场使用条件要求更小，成本更低，并达到更高的精度。

云知尚比较测量仪的在线应用

从本质上讲，误差补偿就是将噪声、干扰以及非被测信号从测量信号中分离出去，各种信号处理技术在一定意义上都在完成误差补偿。可以预见，随着信息技术的进步，误差补偿技术将得到迅速的发展。