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蔡司 技術(shù)貼 | 計量人的計量日
閱讀：65 發(fā)布時間：2023-5-26公司部門的小目標(biāo)是購入一臺高精度三坐標(biāo)測量機，經(jīng)濟(jì)回暖，預(yù)算充足，機器終于安裝到位。特地為它準(zhǔn)備了新的計量室，里面明亮整潔，四季恒溫恒濕，畢竟優(yōu)良的環(huán)境能保證其精度，可是我們不禁會發(fā)問：三坐標(biāo)的高精度，到底是“精"在哪兒？有什么指標(biāo)么，類比于體檢，通過何種方式可以對它進(jìn)行檢查？
三坐標(biāo)的性能：
長度測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。
ISO 10360-2: Using CMMs for length measurements
準(zhǔn)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(zhǔn)確性而言，一號尺子準(zhǔn)確性優(yōu)于二號尺子。重復(fù)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(jié)果的差值。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(rèn)為是偶然的，其重復(fù)性就在這一厘米之間。
當(dāng)然坐標(biāo)測量機會精確到小數(shù)點后更多位，其重復(fù)性也會更小。
不同于使用常規(guī)測長工具，坐標(biāo)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(jīng)過校準(zhǔn)的測試長度上，獲得的探針與探針軸之間的橫向距離L測量值的誤差。根據(jù)ISO 10360-2 ，在確定長度的測量誤差時，需要我們準(zhǔn)備量規(guī)或是步距規(guī)，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(chǎn)生的105個測量值，要求測量值與校準(zhǔn)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(shù)語，MPE和E0。MPE是指允許誤差。這一項描述了需要使用校準(zhǔn)樣品進(jìn)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(dāng)然，也可以是其他數(shù)值。當(dāng)L為0時便是E0,即上文提到的情況。
長度的允許誤差有其標(biāo)準(zhǔn)，
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(dá)得是同一精度，畢竟前式的K與后式的K/L是同一數(shù)值。
了解完了這一知識，相信大家可以讀懂校準(zhǔn)報告上的這張圖了。
說到這里只提到準(zhǔn)確性，下面再介紹重復(fù)性，不過在介紹重復(fù)性前，先引入MPE允許誤差的表弟：MPL，名叫允許界限。如果在測試過程中沒有確定測量誤差，即不需要使用校準(zhǔn)樣品進(jìn)行驗證實驗時，則回使用MPL，重復(fù)性區(qū)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(jìn)行3次重復(fù)測量所得的長度測量誤差，即是上文的E0，將E0的值減去最小值。換句話說，我們要得到35個區(qū)間，這35個區(qū)間由5個長度和七個位置一同分隔，內(nèi)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(shù)據(jù)，我們將其與重復(fù)性區(qū)間MPL（R0）進(jìn)行比較，確定其重復(fù)精度。
上述的檢驗檢測，需要滿足實驗室的環(huán)境要求（如溫濕度與清潔度）外，還需要所使用工件的校準(zhǔn)不確定度，熱膨脹系數(shù)。同樣固定方式以及操作規(guī)范性也很重要。
三坐標(biāo)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(guān)注的兩個參數(shù)。為方便了解這兩個參數(shù)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(biāo)準(zhǔn)球，掃描四個已知的路徑,配合下圖：1.標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)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，計算徑向距離值Rmax與最小值Rmin之差。此外，距測試球的校準(zhǔn)半徑的所有單個徑向距離的誤差不得大于THP的規(guī)格值。
掃描測試持續(xù)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(guān)，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時間τ。
三坐標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)中可能存在的薄弱環(huán)節(jié)。
PSTU單探針尺寸誤差。通過計算測試球的標(biāo)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，允許誤差未被，但是根據(jù)ISO 10360-2，該結(jié)果可用于得出單向測量和雙向測量的比較結(jié)果。