技术分享 | 坐标测量机误差补偿-误差补偿技术的应用条件

       “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。

       在坐标测量技术中，误差补偿的基本思路是，用精度更高的仪器或者样件，将坐标测量机的误差检测出来。在坐标测量机工作时，按检定的结果对误差进行修正。

       误差补偿技术是提高三坐标测量机精度的一项重要技术，但只有在一定条件下,它才能充分发挥其作用。

 数学模型 

       一种误差能否得到补偿，主要看能否对它建立合适的数学模型。没有合适的数学模型，误差不能得到有效的补偿，要不然误差补偿要实现起来很困难，并难以获得经济效益。三坐标测量机中最广泛应用的是机构误差的补偿与简单热变形误差的补偿，因为对这两类误差有比较合适的模型。

三坐标测量机常见的几种模型

       在建立三坐标测量机的数学模型时，为简化计算，要求模型尽可能简单，前提条件是能以足够的精度反映测量机实际情况，即由于模型的简化，不会对测量机精度的评定结果有显著影响。进而言之，按照简化的数学模型得到的结果，对三坐标测量机的误差进行补偿，仍能得到比较满意的结果。最简单的机器模型是刚体模型。即将三坐标测量机中各个作相对运动的部件都看作刚体。它们的运动可以完全用刚体运动规律描述。不考虑复杂变形时，三坐标测量机的各个部件可按刚体的情况对待，这样的数学模型称为准刚体模型。准刚体数学模型的建立与刚体模型没有区别，各个相对运动的部件仍按刚体对待。在测量各个运动部件的运动误差时，已经包括了由于加工与装配误差、变形误差产生的运动误差。一个刚体的运动完全可以由它上面一个点的平移运动和整个刚体绕这个点的转动描述。如果在刚体上建立一个坐标系OXYZ，那么这个刚体的位置可完全由坐标原点O的位置与X,Y,Z三根轴的方向唯一确定。

       而对于其它误差，只能从结构上、制作上、环境与使用条件控制上采取措施，将它们限制在允许的范围内。例如提高测量机运动速度与测量速度是提高测量效率的重要措施。但减小运动部件截面尺寸、增大运动速度会导致动态误差急剧增大。目前还没有能建立动态误差与测量机结构参数(尺寸、质量等)、运行参数(速度、加速度等)之间关系的数学模型，以对动态误差实现有效的补偿，这限制了测量机运行速度的提高。

 误差成分 

       可补偿误差应占总误差的主要成分。只有在系统误差占机构误差主要成分时，补偿才有意义。由于采用的模型与补偿方法、检测手段等原因，不是所有误差都能得以补偿的。例如在采用简单热变形模型情况下，弯曲、扭曲热变形引起的误差不能得到补偿。又如，从补偿成本考虑，对于机构误差的补偿，通常采用非实时误差补偿，它只能补偿系统误差，而随机误差不能补偿。在相反情况下，必须首先从机械结构及环境条件控制上，减小随机误差及复杂热变形，补偿才有意义。与此同时，动态误差、测头的探测误差等也应较小，否则也会使误差补偿失去意义。

       短周期误差较难补偿。短周期误差除受绝对零位精度限制外，在利用实物基准检测三坐标测量机误差时，由于基准元素间距较大，更给补偿带来麻烦。即使采用激光干涉仪检测测量机误差，具体实现也很困难，通常要求短周期误差较小。用哪种方法减小哪类误差要从实际可行性出发，不能一切依靠软件补偿。此外，还要求测量机有较好的长期稳定性，否则误差数据经常变化也会使补偿失去意义。

实物基准检测

 其它条件 

      测量机应具有绝对零位系统。例如采用零位光栅，使测量机在X,Y,Z三个方向都有绝对零位。检测三坐标测量机的误差和对它进行补偿都应在以这一绝对零位为原点的坐标系统中进行。

      数据处理系统应有足够的内存容量与响应速度。对内存容量一般要求不高，几个G即可满足要求，为实现误差补偿,数据处理速度应能满足测量要求。在采用硬件补偿时，补偿机构的响应速度也应能满足要求。

      经济上划算。采用误差补偿的花费，包括误差检测费用、测温元件、建立绝对零位、补偿软件或机构的费用等，比用其它方法达到同样的精度，费用要少。这样做补偿才是有意义的。

比较测量的方法

       误差补偿十分有用，同时也有很大难度。对于生产现场来说， 除了作误差补偿外，比较测量的方法，是一个行之有效的提高测量精度的方法。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。比较法使得测量速度更快，对现场使用条件要求更小，成本更低，并达到更高的精度。云知尚结合雷尼绍公司Equator推出的YZS-Equator比较测量仪，就是在这种思路下推出的现场型高精度坐标测量方案。后续我们将详细介绍这种测量方案的优势。

云知尚 YZS-Equator 比较测量仪