異端類型三坐標測量機結構原理及誤差修正技術研究.pdf

1、三坐標測量機是一種高效率的三維測量儀器，它集成了機械、光學、電子、計算機等技術。隨著現代制造業(yè)的發(fā)展，MEMS器件的出現對測量機提出更高的精度要求。本文對一臺用于生產現場的大量程低精度要求的懸臂式坐標測量機，和一臺實驗室環(huán)境下的新型小行程納米級精度的坐標測量機進行了研究，圍繞這兩種不同類型的三坐標測量機的結構布局、誤差分析及誤差修正問題而展開。
　　懸臂式測量機為傳統(tǒng)結構，用于工字鋼結晶器內腔現場測量，測量范圍為600×600×8

2、00mm。本文詳細分析了該測量機的各主要誤差源，對常用的三坐標測量機21項幾何誤差修正模型加以改進，增加光柵零位修正量和長懸臂非剛性修正量，使用齊次坐標轉換理論建立了測量機的機構誤差修正模型。使用雙頻激光干涉儀、激光跟蹤儀對測量機誤差進行了分離，修正后的測量結果表明，測量機的最大位移誤差由原來最大600μm降低到50μm。
　　對國內外現有的納米級精度三坐標測量機進行研究后，總結獲得影響測量精度的一些關鍵因素，在此基礎上提出了三軸

3、測量線垂直共點、x-y導軌導向面與測量面三面共面、測點與三面重合的納米三坐標測量機“331”結構構建原則。這種結構可以有效消除三維運動系統(tǒng)中阿貝誤差的影響，降低導軌運動直線度誤差對三維運動臺定位精度的影響。
　　文章詳細介紹了一臺基于“331”原則的納米三坐標測量機，測量范圍為50×50×50mm，各軸激光干涉儀測長的分辨率為1nm，納米三維測頭分辨率為1nm，適用于微器件和小尺寸量的測量。測量機三維工作臺使用低熱膨脹系數的銦鋼作

4、為主體材料，x、y軸采用了共平面、對稱式設計。文中創(chuàng)新性的提出了一種力支撐點可跟隨工作臺沿x-y二維游動的力平衡系統(tǒng)，該結構能有效克服因工作臺三維運動而導致自身作用力無法平衡的問題，可保證測量機各關鍵部件力變形較小，降低電機驅動阻力。在裝調完成后，測量機各軸導軌的直線度誤差在±1u以內，角運動誤差均在30角秒以內。
　　誤差建模和誤差修正是納米坐標測量機研制的關鍵技術。本文首先使用現代精度理論分析了納米測量機的誤差影響因素，推導獲

5、得誤差修正模型。誤差模型的分析結果表明，x、y導軌的不完善性并不會對測量帶來影響，測量機的主要誤差項為激光器測長誤差和反射鏡的垂直度與平面度誤差。然后使用激光干涉儀和幾何量標準件對測量機的各項誤差進行了分離，使用插值算法計算獲得誤差修正函數，并建立了納米測量機z軸基于三次樣條插值方法的三維誤差模型。在完成插值修正后，使用激光干涉儀和標準件對修正結果進行了檢驗，測量結果表明：測量機沿對角線的最大位移誤差由修正前的3500nm降低到150n