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三坐標(biāo)測量臂常見的測量誤差類型及誤差補償方法
作為高精度的測量設(shè)備，三坐標(biāo)測量機(jī)的測量誤差問題一直存在，為了進(jìn)一步提高該設(shè)備的應(yīng)用價值，許多專業(yè)人員針對三坐標(biāo)測量機(jī)的各類誤差，提出了相應(yīng)的補償方法，盡可能的消除各類誤差，得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
三坐標(biāo)測量機(jī)常見誤差類型
在相關(guān)理論基礎(chǔ)上，三坐標(biāo)測量機(jī)的誤差類型可以分為兩類，即 靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差，其中靜態(tài)誤差的特點在于其誤差值會始終保持在穩(wěn)定水平，而動態(tài)誤差則會隨著存在時間的增長而增加，所以在誤差補償角度上，應(yīng)當(dāng)先對兩種誤差進(jìn)行了解，再選擇相應(yīng)的方法。今天將介紹三坐標(biāo)測量機(jī)靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差的產(chǎn)生原因以及事例表現(xiàn)。
（1）靜態(tài)誤差。三坐標(biāo)測量機(jī)的靜態(tài)誤差產(chǎn)生原因一般在于：外部因素對設(shè)備結(jié)構(gòu)造成了瞬時性影響，此類影響帶來的誤差因為影響轉(zhuǎn)瞬即逝，所以不容易發(fā)生變化，但這一表現(xiàn)不代表靜態(tài)誤差的影響力不大，因為在通常情況下靜態(tài)誤差的誤差值要大于動態(tài)誤差的初始值，乃至動態(tài)誤差經(jīng)過一段時間發(fā)展后也無法超過靜態(tài)誤差值，所以應(yīng)當(dāng)對靜態(tài)誤差保持重視。例如，在三坐標(biāo)測量機(jī)測量當(dāng)中，其測頭測針存在磨損現(xiàn)象，此時就會形成靜態(tài)誤差）
（2）動態(tài)誤差。三坐標(biāo)測量機(jī)動態(tài)誤差的產(chǎn)生原因有很多，例如溫度、灰塵、人工等外在因素，此類誤差在大部分情況下都會隨著時間的延長而增加誤差值，但在特殊情況下會表現(xiàn)出不穩(wěn)定的動態(tài)化表現(xiàn)。例如：在三坐標(biāo)測量機(jī)測量當(dāng)中，周邊的溫度、灰塵會隨著時間累積而增長，相應(yīng)引起的測量誤差值也會隨之增長，這即為動態(tài)誤差的常規(guī)表現(xiàn)；在人工因素下，介于人工不穩(wěn)定性的特征，其來點測量速度會不平衡，但具體表現(xiàn)卻無法預(yù)測，由此就形成了不穩(wěn)定的動態(tài)誤差表現(xiàn)。
科瑞朗三坐標(biāo)測量臂
此外，在靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差的綜合角度上，靜態(tài)誤差本身雖然不會因為時間增長而發(fā)生變化，但在其他因素條件下，其會出現(xiàn)動態(tài)性表現(xiàn)，例如測頭測針磨損現(xiàn)象就會在長期應(yīng)用當(dāng)中愈發(fā)嚴(yán)重，這即為一種動態(tài)性表現(xiàn)，針對這一現(xiàn)象，在誤差補償中影響以當(dāng)前靜態(tài)誤差值為基準(zhǔn)來進(jìn)行計算，以保障計算結(jié)果準(zhǔn)確性。
三坐標(biāo)測量機(jī)常見誤差補償方法
結(jié)合相關(guān)理論得知，三坐標(biāo)測量臂誤差補償方法主要有三種，即溫度補償法、軟件修正補償法、測量力誤差補償法，對此下文將進(jìn)行相關(guān)分析。
溫度補償法
溫度是引起三坐標(biāo)測量臂誤差的重要因素，且在此因素條件下，靜態(tài)誤差與動態(tài)誤差可能同時存在，所以在測量當(dāng)中采用溫度補償法是消除測量誤差的重要舉措。在相關(guān)理論當(dāng)中，溫度補償法分為三個部分，即標(biāo)溫下結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定、溫度實時采集、誤差系數(shù)補償，下面對三個步驟的具體內(nèi)容進(jìn)行分析。
（1）標(biāo)溫下結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定。在溫度引起的靜態(tài)誤差當(dāng)中，需要先確認(rèn)正常溫度條件下，設(shè)備最低誤差參數(shù)，即三坐標(biāo)測量機(jī)未受溫度影響之前，其所有結(jié)構(gòu)的參數(shù)數(shù)值，確認(rèn)之后即可得到一個標(biāo)準(zhǔn)的對比參數(shù)集，主要用于之后的誤差值對比當(dāng)中。
（2）溫度實時采集。在完成上述參數(shù)標(biāo)定工作之后，需要對當(dāng)前存在溫度誤差的三坐標(biāo)測量機(jī)。依照標(biāo)定參數(shù)集中的每個參數(shù)項進(jìn)行實際測量、采集，以得到設(shè)備當(dāng)前的參數(shù)集合。之后將參數(shù)標(biāo)定結(jié)果與實際采集結(jié)果相互對比，即可得到當(dāng)前三坐標(biāo)測量機(jī)誤差與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)之間的差距，以供后續(xù)補償調(diào)整。
（3）誤差系數(shù)補償。根據(jù)上述溫度實時采集與標(biāo)定參數(shù)的對比結(jié)果，可以采用溫度熱變形誤差公式來進(jìn)行補償，在補償過程當(dāng)中，要將對比得出的三坐標(biāo)測量機(jī)實際誤差與參數(shù)誤差的比值代入公式當(dāng)中，通過數(shù)值補償將設(shè)備參數(shù)調(diào)整到與標(biāo)定參數(shù)一致的水平下即可。
此外，介于上述分析可見，溫度補償法的應(yīng)用相對復(fù)雜，且需要進(jìn)行多項對比，那么為了保障該方法應(yīng)用順利，建議采用仿真軟件來模擬標(biāo)定參數(shù)設(shè)備與誤差設(shè)備，以此得到兩個模型，借助模型的直觀性可以簡化其中計算過程。
軟件修正補償法
軟件修正補償法是一種針對三坐標(biāo)測量機(jī)動態(tài)誤差來進(jìn)行補償?shù)姆椒ǎ趯嶋H應(yīng)用當(dāng)中十分常見。具體應(yīng)用上，介于上述動態(tài)誤差的溫度、環(huán)境、人工分析結(jié)果可見，動態(tài)誤差可以被分為兩個類型，這兩個類型被稱為實時性動態(tài)誤差、非實時性動態(tài)誤差，那么針對實時性動態(tài)誤差，在軟件修正補償法當(dāng)中，直接對現(xiàn)場誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，使其與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)一致即可；針對非實時性誤差，則利用采集系統(tǒng)來獲得設(shè)備當(dāng)前誤差系數(shù)，再結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)進(jìn)行矯正即可。
測量力誤差補償法
在三坐標(biāo)測量臂應(yīng)用當(dāng)中，如果其測量力存在異常容易導(dǎo)致側(cè)桿彎曲，相應(yīng)引起誤差現(xiàn)象，此類誤差屬于非實時性動態(tài)誤差，那么針對此類誤差，除了上述提到的軟件修正補償法以外，還可以采用測量力誤差補償法來進(jìn)行調(diào)整。具體應(yīng)用當(dāng)中，首先利用仿真軟件（或其他建模軟件）來建立三坐標(biāo)測量機(jī)的測頭、測桿結(jié)構(gòu)模型，其次將當(dāng)前測量力輸入模型當(dāng)中，在看測桿是否彎曲、彎曲程度，如果存在彎曲，則減弱模型中的測量力，直至測桿不彎曲，且滿足測量需求位置，最終將模型測量力參數(shù)輸入三坐標(biāo)測量機(jī)當(dāng)中即可起到應(yīng)有的效果。