技術貼 | 計量人的計量日

　　三坐標的高精度，到底是“精”在哪兒?有什么指標么，類比于體檢，通過何種方式可以對它進行檢查?

　　三坐標的第一性能：

　　長度測量的準確性和重復性。

　　ISO 10360-2: Using CMMs for length measurements

　　準確性指測量值與其真值的接近程度。簡而言之，姚明身高兩米二六，同樣前提條件下，一號尺子測得兩米二六點五，二號尺子測得一米四七，單就準確性而言，一號尺子準確性優于二號尺子。重復性指同樣前期下，正常正確多次測量，在95%概率水平兩個獨立測試結果的最大差值。同樣量姚明身高，測了一百次，大都在兩米二五點五到兩米二六點五之間，只有一兩次測出來一米四七，可以認為是偶然的，其重復性就在這一厘米之間。

　　當然坐標測量機會精確到小數點后更多位，其重復性也會更小。

　　不同于使用常規測長工具，坐標測量機長度測量的定義會繁雜一些。

　　長度測量 誤差EL

　　表示在經過校準的測試長度上，獲得的探針尖端與探針軸之間的橫向距離L測量值的誤差。根據ISO 10360-2 ，在確定長度的測量誤差時，需要我們準備量規或是步距規，在機器測量空間的7個位置測量5種不同的長度。每個長度測量3次，共產生的105個測量值，要求測量值與校準值的偏差不得超過MPE(E0)，機器的長度測量性能方才是合格的。

　　測量空間的7個位置如上圖所示，即四條空間對角線和三條面的對角線。

　　有沒有注意到上文講到兩個術語，MPE和E0。MPE是指最大允許誤差。這一項描述了需要使用校準樣品進行驗證實驗時的測量誤差。例如，長度測量誤差EL就屬于這種情況。EL 的 L 可以是 0 也可以是150 當然，也可以是其他數值。當L為0時便是E0,即上文提到的情況。

　　長度的最大允許誤差有其標準，

　　表示為MPE(E0)，通常以

　　MPE(E0)=A + L/K 或是

　　MPE(E0)=A + F.L/K 來表示。

　　兩種方式如出一轍，如MPE(E0)= 2.5 + 1.5.L / 333 與 MPE(E0)= 2.5 + L / 222 表達得是同一精度，畢竟前式的K與后式的K/L是同一數值。

　　說到這里只提到準確性，下面再介紹重復性，不過在介紹重復性前，先引入MPE最大允許誤差的表弟：MPL，名叫最大允許界限。如果在測試過程中沒有確定測量誤差，即不需要使用校準樣品進行驗證實驗時，則回使用MPL，重復性區間R0就屬于這種情況。那么驗證機器時的MPL(R0)如何得到呢?

　　需要使用在7個位置對5個長度進行3次重復測量所得的長度測量誤差，即是上文的E0，將E0的最大值減去最小值。換句話說，我們要得到35個區間，這35個區間由5個長度和七個位置一同分隔，內部是三次沒有橫向探針偏移，沒有額外測量工作的情況下測得的三組數據，我們將其與重復性區間MPL(R0)進行比較，確定其重復精度。

　　上述的檢驗檢測，需要滿足實驗室必備的環境要求(如溫濕度與清潔度)外，還需要所使用工件的校準不確定度，熱膨脹系數。同樣固定方式以及操作規范性也很重要。

　　三坐標對于測點的識讀能力：掃描精度

　　ISO 10360-4: CMM in scanning mode

　　掃描探頭的掃描探測誤差，以及掃描時間是我們關注的兩個參數。為方便了解這兩個參數的來源，我們先介紹掃描精度的測試條件。

　　用直徑為3 mm的測針掃描直徑為25 mm的標準球，掃描四個已知的路徑,配合下圖：1.標準球的赤道，路徑A;2.赤道平面偏移8 mm的圓路徑B;3.穿過極點的180度半弧C;4.將C旋轉90度后再偏移8 mm的另一條半弧D。赤道和極點由探針的方向定義。這里建議傾斜探針，以便掃描范圍覆蓋所有機器軸。

　　THP即掃描探測誤差，指在已知輪廓模式下，掃描的所有四個截面的點，計算徑向距離最大值Rmax與最小值Rmin之差。此外，距測試球的校準半徑的所有單個徑向距離的最大絕對誤差不得大于THP的規格值。

　　掃描測試持續時間：τ，指從距測試球體10 mm的起始位置到距測試球體10 mm的最終位置的四個掃描路徑的運行時間。因掃描精度和速度之間相關，所以掃描測試是一種性能測試，測試時必須為四條路徑的運行時間指定時間τ。

　　三坐標對于測點的識讀能力：探測誤差

　　ISO 10360-5: Single stylus probing error of CMMs with contact probe systems

　　測量單探針探測誤差，需在一個直徑為10到50 mm之間的標準球的半球上，均勻地用探針探測25個單點。

　　PFTU：單探針形狀誤差。使用25個基于高斯最小二乘球面擬合的中心點的球半徑距離。該測試通常在所有其他測試之前完成，因為可以通過該測試快速檢測出探針系統中可能存在的薄弱環節。

　　PSTU單探針尺寸誤差。通過計算測試球的標定直徑與從25個探測點計算出的高斯最小二乘球擬合的直徑之差。對于PSTU，最大允許誤差未被指定，但是根據ISO 10360-2，該結果可用于得出單向測量和雙向測量的比較結果。

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