温度因素对三坐标测量结果的影响.docx

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1、温度因素对三坐标测量结果的影响三坐标测量机是一种高精度的测量设备,其测量过程对温度非常敏感.本文通过三坐标测量机分别在合格及不合格温度状态下进行标准球实验和量块实验,并对实验所得的结果进行比较分析,探讨温度对于三坐标测量结果的影响.三坐标测量机是一种高精度的测量设备，其测量过程对温度非常敏感。本文通过三坐标测量机分别在合格及不合格温度状态下进行标准球实验和量块实验，并对实验所得的结果进行比较分析，探讨温度对于三坐标测量结果的影响。三坐标测量机的基本原理是将被测零件存入它允许的测量空间范围内，精确地测出被测零件表

2、面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的坐标数值经过计算机处理，拟合形成测量元素。作为一种计量溯源的设备，其测量结果的准确性、真实性至关重要。我们知道温度对于精密测量的影响非常之大，那么到底温度对于精密测量的影响有哪些呢？我们将通过实验的方式来进行分析。本次实验采用海克斯康LeitzReferenceXi15.9.7三坐标测量机（见图1），序列号为325，该三坐标于2013年10月由安徽省计量院完成标定，各项指标均合格，可以认为，该三坐标测量机满足实验要求。用到的量块为304所制造的三等量块，出厂序列号为11

3、052&01049，该量块由江苏省计量科学研究院检定，可以认为，该量块各项指标均满足实验要求。三坐标测量机对温度的要求LeitzReferenceXi15.9.7测量机最大允许探测误差（MPEp）为1.2um，最大允许扫描探测误差（MPEthp）为2.2/45um/s，如此高精度的设备，决定了它对温度的要求非常苛刻。该三坐标测量机对环境温度的要求如表1所示。从表1可以看出，三坐标测量机对温度的要求，不是单一对温度范围有要求，它还要求了时间温度梯度及空间温度梯度。只有三者都满足规定，才能保证三坐标测量机测量结果的

4、准确性。1.温度范围要求三坐标测量机的正常工作温度是（20±2）℃，三坐标的长度基准-光栅尺是在20℃时修正的，三坐标测量机也是在这个温度下装配调试的，所以使用时，要求精密测量间温度必须满足（20±2）℃。温度可以说是影响测量机精度的最主要因素，当我们在使用测量机时要尽量保持精密测量间的环境温度与检定时一致。2.时间温度梯度时间温度梯度指的是在精密测量间的同一个位置处，在规定的时间范围内所测量的所有温度值的极差。实验所用三坐标测量机要求时间温度梯度为1℃/24h，就是说要求精密测量间测量范围内的任何一点，24h

5、内监控到的所有温度值的极差值要不大于1℃。这就要求精密测量间在全天24h都要保证温度恒定。3.空间温度梯度空间温度梯度指的是在同一个时间点，在规定的距离范围内所测量的所有温度值与选定点温度值的差值。本文中所要求的空间温度梯度为1℃/m，相当于选定测量范围内任何一点，以该点为球心，以1m为半径做一个球，球体内的任何一点与球心处的温度差值不大于1℃。这就要求精密测量间温度不仅要在时间上恒定，在空间范围内也要恒定。温度范围对三坐标测量结果的影响三坐标测量机正常工作的温度范围是（20±2）℃，但很多情况下精密测量间的温

6、度并不能保证在正常的温度范围内，那么如果温度范围超差，会对三坐标测量结果造成什么影响呢？下面我们将通过标准球标定实验进行分析。实验中，我们将分别在17.5℃、19℃和22.5℃三个温度下，进行MPEp、MPEthp值测量。MPEp测量数据和MPEthp测量数据如表2、表3所示。从MPEp和MPEthe测量数据可以看出来，不同的温度下，得到的探测误差和扫描误差是不同的；也就是说，在不同的温度情况下，三坐标测量机的测量能力是不一样的。当温度满足测量要求时，探测误差合格，当温度不满足测量要求时，在进行多次测试时，探测

7、误差或者不合格，或者有时合格有时不合格，稳定性差，不具备进行正常测量的能力。和探测误差相比，扫描探测误差还受到测量时间的影响。当温度满足测量要求时，扫描探测误差合格，测量时间满足要求。当温度不满足测量要求时，扫描探测误差也合格，但是测量时间超差。对于扫描探测误差而言，扫描时间是一个非常重要的数值；可以看出，温度对于扫描探测误差的影响，主要是通过影响测量时间来体现的。当温度不满足要求时，扫描时间超差，此时三坐标测量机不具备进行正常扫描的能力。温度不达标时，三坐标测量机不具备正常测量的能力，做量块标定实验没有意义，

8、本文在此不做介绍。时间温度梯度对三坐标测量结果的影响三坐标测量机不仅受到温度范围的影响，也受到时间温度梯度的影响。那么时间温度梯度对三坐标测量结果的影响到底有多大呢？为保证实验的准确性，我们选取的温度均满足18～22℃，排除温度范围超差对结果的影响。在做量块实验时，将量块水平地放置在大理石平台上，避免由于高度差造成的空间温度梯度影响。实验时监控到的温度曲线如图2所示。图2曲线所显示的温