专利名称：圆柱坐标系三坐标测量机的温度误差补偿方法
技术领域：
本发明涉及圆柱坐标系三坐标测量机的温度误差补偿技术，能够在车间使用条件下，对于温度变化引起的测量机和工件变形所产生的测量误差实现有效的补偿，提高测量 精度。属于测试技术及仪器领域。
背景技术：
回转体零件在工业生产的各种零件中，特别在军工生产中占有很大比重。它们作 为机器的关键零件被广泛应用于工业、航空、航天、国防等领域中。回转体类工件的母线可 以为直线段或圆弧段，表面的形状可以是圆柱面、圆锥面、球面、圆环面、平面等。尽管回转 体类零件的结构与尺寸随其用途不同而异，但其结构一般都具有以下特点对各个截面的 圆度有较高要求，有多个内外圆回转面需要检测，并对它们的同轴度要求较高。这些零件往 往是机器、装备的关键件，批量大，需要100%检测。回转体零件的高精度、高效率已经成为 国民经济和国防中许多部门的迫切需求。圆柱坐标系三坐标测量机特别适合于回转体零件的检测。圆柱坐标系三坐标测量 机的总体构成和工作原理如图1所示。测量机由回转工作台和若干个测量架组成。工件安 装在回转工作台上由夹具夹紧定心，并由回转工作台带动连续转动。测量架上分别装有各 种测头，以测量工件的内外表面的轴向与径向尺寸、形状与位置误差。圆柱坐标系三坐标测量机有以下优点。1)测量效率高 测量时工件连续旋转、测头固定不动，工件转动一圈，就完成对 一个截面的测量。而在传统正交式三坐标测量机中，需要逐点进行测量，十分费时。2)形位测量精度高 采用在回转过程中测量，只有回转工作台的运动误差和测 头的测量不确定度影响测量圆度、圆跳动、同轴度等形位误差的精度，而各个测量架上的各个 部件的运动误差对于这些形位测量精度基本没有影响，因为在测量一个截面时它们不动。3)测头运动简单、防碰撞问题比较容易解决。但是圆柱坐标测量机也有它自己的问题。这主要是被测工件的尺寸不能直接从确 定各个测量架的标尺中读出。从标尺中读出的只是各个移动架的相对位移，为了确定被测 工件的绝对尺寸，需要知道各个测量架的坐标原点相对于回转工作台坐标系原点的位置， 以及坐标轴方向之间的夹角关系，即实现各个测量架与回转工作台坐标系的统一。通常通 过对基准件的标定来实现这一坐标系的统一。然而，如图1所示，由于温度变化会使各个测量架的位置和坐标轴方向相对于回 转工作台的发生变化，引起测量误差。特别对于在车间使用的圆柱坐标测量机温度变化引 起的测量误差会很大，常达几十至数百微米。加之车间温度条件变化复杂，采用建立温度场 模型的方法进行温度误差补偿难以获得好的效果。

发明内容
为克服现有技术的不足，为达到上述目的，本发明采用的技术方案是为此需要通过一些套筒，作为模拟的相关件，测量其在离开零件一定位置处的延伸部位的跳动量。测量机应当能够测量具有延伸公差的参数。在温度误差补偿中就可以以它们为基准件，实现温 度误差补偿。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，圆柱坐标系三坐标测量机的温度误 差补偿方法，包括下列步骤1.根据被测工件的情况，设计并制作上下两端的基准件，要求基准件符合一般量 规的技术要求，圆柱度形状误差小、端面平面度误差小，长期稳定性好；2.对基准件的内外径、高度等进行精确的标定内外径都需要至少在两个截面上 进行标定，这两个截面应力求相距较远，以获得较精确的夹角变化值，高度测量的位置数视 需要而定；3.建立温度误差补偿的数学模型；4.在建立的温度误差补偿的数学模型基础上编写误差补偿程序，并将它加入到工 件测量结果的数据处理程序中；5.将误差补偿所需要测量的截面加入到测量程序中，在测量工件过程中加测用于 误差补偿所需要测量的截面；6.进行测量结果数据处理，完成温度误差补偿。所述的基准件是套筒。本发明具有以下技术效果1、提高圆柱坐标测量机测量稳定性。2、简便准确性高。


图1为圆柱坐标测量机工作原理图。图中1-回转工作台2-夹具3-下套筒4-测头5-轴向参数外测量架6_工件 7_内测量架8-上套筒9-测头10-测头11-径向参数外测量架12-测头。图2为误差补偿测量示意图。
具体实施例方式本发明的目的在于提供一种基于测量基准件尺寸的温度误差补偿技术，提高圆柱 坐标测量机测量稳定性。在圆柱坐标测量机上测量工件尺寸的温度误差主要由以下三方面的因素引起。1.测量架相对于回转工作台产生平移。2.测量架的运动轴线方向相对于回转轴线发生偏转。3.工件本身的热膨胀。在实践中考察发现，有相当一部分回转体零件需要通过螺纹与相关件连接，并保 证相连接的相关件具有准确的位置与方向，为此需要通过一些套筒，作为模拟的相关件，测 量其在离开零件一定位置处的延伸部位的跳动量。测量机应当能够测量具有延伸公差的参 数。在温度误差补偿中就可以以它们为基准件，实现温度误差补偿。图2为在工件的两端各拧上一个套筒的情况。套筒在标准状态下的尺寸是确定的，并且通过标定是已知的。利用外测头测量套筒在A截面上的外径，可以得到测量得到的A截面上的外径与其标定值之差ADa。它由在温度变化影响下，测量架测量A截面时标 尺的零位相对于回转工作台轴线距离的变化与工件、基准件本身的热变形共同引起。一般 说，测量架标尺的零位与回转工作台轴线间的距离比工件的外径大许多；与此同时，工件与 基准件的温度接近，如果它们的线膨胀系数和外径也接近，那么它们的热变形也很接近，其 影响互相抵消。可以认为，ADa主要由测量架测量A截面时标尺的零位相对于回转工作台 轴线距离的变化引起。随后，利用外测头测量套筒在B截面上的外径，可以得到B截面上的外径与其标定 值之差ADB。ADB-ADa主要由测量架的运动轴线方向相对于回转轴线发生偏转引起。它们之间的夹角变化Δa＝ΔDA-ΔDH/2(zB-zA)。
在测量得到ADa和ADb后就可以对任意截面处由于温度变化引起的外径测量误 差进行补偿。同样可以通过在截面C和D处，测量套筒的内径，得到它们的实测值与标定值之差 Adc与AdD。根据测量得到Adc和Ad11后就可以对任意截面处由于温度变化引起的内径 测量误差进行补偿。在工件没有具有延伸公差的项目需要测量，从而不需要图2所示带螺纹的套筒 时，下套筒可以用回转工作台的转动体外表面代替，即通过测量转动体的外径获得八Da。为 了获得ADb与Adc、Ad11则需要采用专门的套筒。为了对轴向尺寸的测量进行温度误差补偿，需要利用内外测头测量套筒的某些轴 向尺寸Le、Lf，将测量得到的值Le、Lf分别与在标准状态下标定得到的值LE(i、Lfo进行比较， 获得它们的差值Δ Le与Δ Lf，然后按线性插值引入补偿。以上对于轴向尺寸的测量进行温度误差补偿是针对柱状工件，即高度远大于直径 的情况讨论的。对于盘状工件，即直径远大于高度的情况，则需要考虑测量架的水平运动方 向相对于回转工作台轴线的变化带来的影响。为此需要在不同的χ的两个截面上进行上述 测量，然后引入误差补偿。下面结合实施例进一步说明本发明。1.根据被测工件的情况，设计并制作上下两端的基准件。要求基准件(套筒)符 合一般量规的技术要求，圆柱度形状误差小、端面平面度误差小，长期稳定性好。2.对基准件的内外径、高度等进行精确的标定。内外径都需要至少在两个截面上 进行标定。这两个截面应力求相距较远，以获得较精确的夹角变化值。高度测量的位置数 视需要而定。3.建立温度误差补偿的数学模型。4.在建立的温度误差补偿的数学模型基础上编写误差补偿程序，并将它加入到工 件测量结果的数据处理程序中。5.将误差补偿所需要测量的截面加入到测量程序中，在测量工件过程中加测用于 误差补偿所需要测量的截面。6.进行测量结果数据处理，完成温度误差补偿。
权利要求
一种圆柱坐标系三坐标测量机的温度误差补偿方法，其特征是，包括下列步骤1)根据被测工件的情况，设计并制作上下两端的基准件，要求基准件符合一般量规的技术要求，圆柱度形状误差小、端面平面度误差小，长期稳定性好；2)对基准件的内外径、高度等进行精确的标定内外径都需要至少在两个截面上进行标定，这两个截面应力求相距较远，以获得较精确的夹角变化值，高度测量的位置数视需要而定；3)建立温度误差补偿的数学模型；4)在建立的温度误差补偿的数学模型基础上编写误差补偿程序，并将它加入到工件测量结果的数据处理程序中；5)将误差补偿所需要测量的截面加入到测量程序中，在测量工件过程中加测用于误差补偿所需要测量的截面；6)进行测量结果数据处理，完成温度误差补偿。
2.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标系三坐标测量机的温度误差补偿方法，其特征 是，所述的基准件是套筒。
全文摘要
本发明属于测试技术及仪器领域。为实现温度误差补偿，本发明采用的技术方案是，1.根据被测工件的情况，设计并制作上下两端的基准件；2.对基准件的内外径、高度等进行精确的标定；3.建立温度误差补偿的数学模型；4.在建立的温度误差补偿的数学模型基础上编写误差补偿程序，并将它加入到工件测量结果的数据处理程序中；5.将误差补偿所需要测量的截面加入到测量程序中，在测量工件过程中加测用于误差补偿所需要测量的截面；6.进行测量结果数据处理，完成温度误差补偿。本发明主要应用于回转体零件测量。
文档编号G01B21/00GK101825453SQ201010171390
公开日2010年9月8日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者刘书桂, 张国雄, 李杏华, 裘祖荣, 郭敬滨 申请人:天津大学