三坐標溫度補償功能是一項牽強附會的功能?
發(fā)布時間: 2018-05-14
三坐標測量機的溫度自動補償，似乎可以解決車間型CMM或者放寬對CMM工作溫度的要求。
先說說溫度的影響有多大？橋式測量機目前精度大約5微米（測量1000長度），那么鋼鐵的膨脹系數(shù)11.6，也就是1米長度上，溫度變化1°，則長度變化11.6微米，那么，溫度變化0.5度，所標稱的精度就沒有意義了。
但光柵尺本身也會跟隨溫度變化，如果光柵尺貼在測量機上，測量機也是鋼鐵做的，那么理論上講，三個軸和零件一樣膨脹，誤差就抵消掉了。
如果光柵尺是懸浮于導軌，不受導軌拉伸的影響，并且光柵的膨脹系數(shù)是0，那么溫度對CMM本身沒有影響。但是對零件仍然會有影響。
理解了這幾個特例，下面再扯其他的就比較好懂了。首選，溫度變化分為隨時間的變化和隨空間的變化（所謂時間梯度和空間梯度）。
如果晚上關了空調，早上上班再開啟，則會出現(xiàn)時間梯度，也就是溫度從凌晨的自然溫度逐步趨近空調的溫度，當然這里面三坐標三軸的效果有差別，Z軸最快，我的經驗是半個小時到1個小時，貼在花崗石平臺上的光柵達到空調溫度需要的時間很久，也許需要一上午。
經常維修三坐標的人都知道，爬到測量機高處維修三坐標的時候，經常感覺到上面的溫度很高，就是所謂的空間梯度。
三坐標公司為了解決這2個問題，采用最快每10秒鐘刷新一次，另外每個軸貼上幾個傳感器的做法來解決時間梯度和空間梯度。
看起來很完美，但是，我們現(xiàn)在要來說說它的局限性了。
如下圖，以左側第一個為原點，測量其他小孔，直徑比較簡單，按照溫度膨脹比例變化即可。
右側最遠端的孔測量所得的孔心坐標為X=1000，Y=0，Z=0，三軸按照溫度膨脹比例變化，得到X=1000.01，Y=0，Z=0，沒有什么錯。
同一個零件，如果坐標系發(fā)生了平移，最右側的孔的坐標變?yōu)閄=5000，Y=0，Z=0，三軸按照溫度膨脹比例變化，得到X=5000.05，Y=0，Z=0。同一個孔，溫度補償數(shù)據就從0.01變成0.05了。
所以，為解決這個問題，據說大多數(shù)軟件的溫度補償，只應用于距離，上面的例子中，在坐標系1中，左側孔X=0，右側孔X=1000，溫度修正后，分別是X=0和X=1000.01，距離1000.01
坐標系2中，左側孔變成X=4000，右側孔變成X=5000，溫度補償修正后的數(shù)據分別是X=4000.04，和X=5000.05，距離仍然是1000.01
為了不讓你們繞暈過去，復雜的情況我就不講了，你們可以自己去思考。比如從Z向測量一個點X=1000，Y=0，Z=0，那么輸出應該是X=1000.01，Y=，Z=0么？測量誤差變成了X誤差0.01，這不是很扯么？我測量的是Z誤差，你給我出X誤差。其實應該這樣做，你編程移動到X=1000位置，從上往下測量一點，CMM知道零件膨脹了，那CMM就應該走到X=1000.01處測量，然后逆向溫度補償，輸出X=1000給你。你的軟件有這么聰明么？你試試看。
問題又來了，如果三坐標X坐標變成5000，那么你應該走到X=5000.05處測量，同一個零件，溫度變化一樣的，溫度導致的變形一樣的，只是你的坐標系變化了，測量的位置就要改變了么？這樣也不對啊。測量的不是同一個位置，還有比較的意義么！
一個終極的發(fā)問是：溫度目前是22°，產品是這個樣子，當溫度穩(wěn)定到20°，產品是有變化了，但是這個變化肯定跟坐標系無關，跟三坐標無關，那么三坐標，首先要有一個坐標系，然后才能有XYZ的數(shù)據，如何用坐標系和XYZ來描述溫度導致的變形？其實這是一件驢唇不對馬嘴的事情。只有某些特定條件和特定參數(shù)（比如距離）可以適用這個溫度補償功能，比如測量量塊的時候，補償就很正確。
要從根本上解決這個問題，我覺得應該從數(shù)模著手，在數(shù)模上模擬溫度變形，通過數(shù)模變形以匹配當前溫度下的零件，然后用這個變形后的數(shù)模去與實物比對。
目前來看，百萬元級別的CAD軟件似乎還沒聽說過這個功能，價格只是CAD軟件零頭的的CMM軟件肯定是沒有了。
所以還是老老實實的把測量室的溫度穩(wěn)定下來比較靠譜。說到溫度補償，我經常講，車再好，車子的減震再好，各種高科技自動修正再好，路不好的話，終究跑不快。要想跑快，最簡單，還得上平坦的高速公路。
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先說說溫度的影響有多大？橋式測量機目前精度大約5微米（測量1000長度），那么鋼鐵的膨脹系數(shù)11.6，也就是1米長度上，溫度變化1°，則長度變化11.6微米，那么，溫度變化0.5度，所標稱的精度就沒有意義了。
但光柵尺本身也會跟隨溫度變化，如果光柵尺貼在測量機上，測量機也是鋼鐵做的，那么理論上講，三個軸和零件一樣膨脹，誤差就抵消掉了。
如果光柵尺是懸浮于導軌，不受導軌拉伸的影響，并且光柵的膨脹系數(shù)是0，那么溫度對CMM本身沒有影響。但是對零件仍然會有影響。
理解了這幾個特例，下面再扯其他的就比較好懂了。首選，溫度變化分為隨時間的變化和隨空間的變化（所謂時間梯度和空間梯度）。
如果晚上關了空調，早上上班再開啟，則會出現(xiàn)時間梯度，也就是溫度從凌晨的自然溫度逐步趨近空調的溫度，當然這里面三坐標三軸的效果有差別，Z軸最快，我的經驗是半個小時到1個小時，貼在花崗石平臺上的光柵達到空調溫度需要的時間很久，也許需要一上午。
經常維修三坐標的人都知道，爬到測量機高處維修三坐標的時候，經常感覺到上面的溫度很高，就是所謂的空間梯度。
三坐標公司為了解決這2個問題，采用最快每10秒鐘刷新一次，另外每個軸貼上幾個傳感器的做法來解決時間梯度和空間梯度。
看起來很完美，但是，我們現(xiàn)在要來說說它的局限性了。
如下圖，以左側第一個為原點，測量其他小孔，直徑比較簡單，按照溫度膨脹比例變化即可。
右側最遠端的孔測量所得的孔心坐標為X=1000，Y=0，Z=0，三軸按照溫度膨脹比例變化，得到X=1000.01，Y=0，Z=0，沒有什么錯。
同一個零件，如果坐標系發(fā)生了平移，最右側的孔的坐標變?yōu)閄=5000，Y=0，Z=0，三軸按照溫度膨脹比例變化，得到X=5000.05，Y=0，Z=0。同一個孔，溫度補償數(shù)據就從0.01變成0.05了。
所以，為解決這個問題，據說大多數(shù)軟件的溫度補償，只應用于距離，上面的例子中，在坐標系1中，左側孔X=0，右側孔X=1000，溫度修正后，分別是X=0和X=1000.01，距離1000.01
坐標系2中，左側孔變成X=4000，右側孔變成X=5000，溫度補償修正后的數(shù)據分別是X=4000.04，和X=5000.05，距離仍然是1000.01
為了不讓你們繞暈過去，復雜的情況我就不講了，你們可以自己去思考。比如從Z向測量一個點X=1000，Y=0，Z=0，那么輸出應該是X=1000.01，Y=，Z=0么？測量誤差變成了X誤差0.01，這不是很扯么？我測量的是Z誤差，你給我出X誤差。其實應該這樣做，你編程移動到X=1000位置，從上往下測量一點，CMM知道零件膨脹了，那CMM就應該走到X=1000.01處測量，然后逆向溫度補償，輸出X=1000給你。你的軟件有這么聰明么？你試試看。
問題又來了，如果三坐標X坐標變成5000，那么你應該走到X=5000.05處測量，同一個零件，溫度變化一樣的，溫度導致的變形一樣的，只是你的坐標系變化了，測量的位置就要改變了么？這樣也不對啊。測量的不是同一個位置，還有比較的意義么！
一個終極的發(fā)問是：溫度目前是22°，產品是這個樣子，當溫度穩(wěn)定到20°，產品是有變化了，但是這個變化肯定跟坐標系無關，跟三坐標無關，那么三坐標，首先要有一個坐標系，然后才能有XYZ的數(shù)據，如何用坐標系和XYZ來描述溫度導致的變形？其實這是一件驢唇不對馬嘴的事情。只有某些特定條件和特定參數(shù)（比如距離）可以適用這個溫度補償功能，比如測量量塊的時候，補償就很正確。
要從根本上解決這個問題，我覺得應該從數(shù)模著手，在數(shù)模上模擬溫度變形，通過數(shù)模變形以匹配當前溫度下的零件，然后用這個變形后的數(shù)模去與實物比對。
目前來看，百萬元級別的CAD軟件似乎還沒聽說過這個功能，價格只是CAD軟件零頭的的CMM軟件肯定是沒有了。
所以還是老老實實的把測量室的溫度穩(wěn)定下來比較靠譜。說到溫度補償，我經常講，車再好，車子的減震再好，各種高科技自動修正再好，路不好的話，終究跑不快。要想跑快，最簡單，還得上平坦的高速公路。
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以上內容轉載自北京歐科德張工微信公眾號 ARCO CAD；歡迎大家使用ARCO CAD三坐標測量軟件和服務；
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