三坐标温度补偿功能是一项牵强附会的功能?
发布时间: 2018-05-14
三坐标测量机的温度自动补偿，似乎可以解决车间型CMM或者放宽对CMM工作温度的要求。
先说说温度的影响有多大？桥式测量机目前精度大约5微米（测量1000长度），那么钢铁的膨胀系数11.6，也就是1米长度上，温度变化1°，则长度变化11.6微米，那么，温度变化0.5度，所标称的精度就没有意义了。
但光栅尺本身也会跟随温度变化，如果光栅尺贴在测量机上，测量机也是钢铁做的，那么理论上讲，三个轴和零件一样膨胀，误差就抵消掉了。
如果光栅尺是悬浮于导轨，不受导轨拉伸的影响，并且光栅的膨胀系数是0，那么温度对CMM本身没有影响。但是对零件仍然会有影响。
理解了这几个特例，下面再扯其他的就比较好懂了。首选，温度变化分为随时间的变化和随空间的变化（所谓时间梯度和空间梯度）。
如果晚上关了空调，早上上班再开启，则会出现时间梯度，也就是温度从凌晨的自然温度逐步趋近空调的温度，当然这里面三坐标三轴的效果有差别，Z轴最快，我的经验是半个小时到1个小时，贴在花岗石平台上的光栅达到空调温度需要的时间很久，也许需要一上午。
经常维修三坐标的人都知道，爬到测量机高处维修三坐标的时候，经常感觉到上面的温度很高，就是所谓的空间梯度。
三坐标公司为了解决这2个问题，采用最快每10秒钟刷新一次，另外每个轴贴上几个传感器的做法来解决时间梯度和空间梯度。
看起来很完美，但是，我们现在要来说说它的局限性了。
如下图，以左侧第一个为原点，测量其他小孔，直径比较简单，按照温度膨胀比例变化即可。
右侧最远端的孔测量所得的孔心坐标为X=1000，Y=0，Z=0，三轴按照温度膨胀比例变化，得到X=1000.01，Y=0，Z=0，没有什么错。
同一个零件，如果坐标系发生了平移，最右侧的孔的坐标变为X=5000，Y=0，Z=0，三轴按照温度膨胀比例变化，得到X=5000.05，Y=0，Z=0。同一个孔，温度补偿数据就从0.01变成0.05了。
所以，为解决这个问题，据说大多数软件的温度补偿，只应用于距离，上面的例子中，在坐标系1中，左侧孔X=0，右侧孔X=1000，温度修正后，分别是X=0和X=1000.01，距离1000.01
坐标系2中，左侧孔变成X=4000，右侧孔变成X=5000，温度补偿修正后的数据分别是X=4000.04，和X=5000.05，距离仍然是1000.01
为了不让你们绕晕过去，复杂的情况我就不讲了，你们可以自己去思考。比如从Z向测量一个点X=1000，Y=0，Z=0，那么输出应该是X=1000.01，Y=，Z=0么？测量误差变成了X误差0.01，这不是很扯么？我测量的是Z误差，你给我出X误差。其实应该这样做，你编程移动到X=1000位置，从上往下测量一点，CMM知道零件膨胀了，那CMM就应该走到X=1000.01处测量，然后逆向温度补偿，输出X=1000给你。你的软件有这么聪明么？你试试看。
问题又来了，如果三坐标X坐标变成5000，那么你应该走到X=5000.05处测量，同一个零件，温度变化一样的，温度导致的变形一样的，只是你的坐标系变化了，测量的位置就要改变了么？这样也不对啊。测量的不是同一个位置，还有比较的意义么！
一个终极的发问是：温度目前是22°，产品是这个样子，当温度稳定到20°，产品是有变化了，但是这个变化肯定跟坐标系无关，跟三坐标无关，那么三坐标，首先要有一个坐标系，然后才能有XYZ的数据，如何用坐标系和XYZ来描述温度导致的变形？其实这是一件驴唇不对马嘴的事情。只有某些特定条件和特定参数（比如距离）可以适用这个温度补偿功能，比如测量量块的时候，补偿就很正确。
要从根本上解决这个问题，我觉得应该从数模着手，在数模上模拟温度变形，通过数模变形以匹配当前温度下的零件，然后用这个变形后的数模去与实物比对。
目前来看，百万元级别的CAD软件似乎还没听说过这个功能，价格只是CAD软件零头的的CMM软件肯定是没有了。
所以还是老老实实的把测量室的温度稳定下来比较靠谱。说到温度补偿，我经常讲，车再好，车子的减震再好，各种高科技自动修正再好，路不好的话，终究跑不快。要想跑快，最简单，还得上平坦的高速公路。
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先说说温度的影响有多大？桥式测量机目前精度大约5微米（测量1000长度），那么钢铁的膨胀系数11.6，也就是1米长度上，温度变化1°，则长度变化11.6微米，那么，温度变化0.5度，所标称的精度就没有意义了。
但光栅尺本身也会跟随温度变化，如果光栅尺贴在测量机上，测量机也是钢铁做的，那么理论上讲，三个轴和零件一样膨胀，误差就抵消掉了。
如果光栅尺是悬浮于导轨，不受导轨拉伸的影响，并且光栅的膨胀系数是0，那么温度对CMM本身没有影响。但是对零件仍然会有影响。
理解了这几个特例，下面再扯其他的就比较好懂了。首选，温度变化分为随时间的变化和随空间的变化（所谓时间梯度和空间梯度）。
如果晚上关了空调，早上上班再开启，则会出现时间梯度，也就是温度从凌晨的自然温度逐步趋近空调的温度，当然这里面三坐标三轴的效果有差别，Z轴最快，我的经验是半个小时到1个小时，贴在花岗石平台上的光栅达到空调温度需要的时间很久，也许需要一上午。
经常维修三坐标的人都知道，爬到测量机高处维修三坐标的时候，经常感觉到上面的温度很高，就是所谓的空间梯度。
三坐标公司为了解决这2个问题，采用最快每10秒钟刷新一次，另外每个轴贴上几个传感器的做法来解决时间梯度和空间梯度。
看起来很完美，但是，我们现在要来说说它的局限性了。
如下图，以左侧第一个为原点，测量其他小孔，直径比较简单，按照温度膨胀比例变化即可。
右侧最远端的孔测量所得的孔心坐标为X=1000，Y=0，Z=0，三轴按照温度膨胀比例变化，得到X=1000.01，Y=0，Z=0，没有什么错。
同一个零件，如果坐标系发生了平移，最右侧的孔的坐标变为X=5000，Y=0，Z=0，三轴按照温度膨胀比例变化，得到X=5000.05，Y=0，Z=0。同一个孔，温度补偿数据就从0.01变成0.05了。
所以，为解决这个问题，据说大多数软件的温度补偿，只应用于距离，上面的例子中，在坐标系1中，左侧孔X=0，右侧孔X=1000，温度修正后，分别是X=0和X=1000.01，距离1000.01
坐标系2中，左侧孔变成X=4000，右侧孔变成X=5000，温度补偿修正后的数据分别是X=4000.04，和X=5000.05，距离仍然是1000.01
为了不让你们绕晕过去，复杂的情况我就不讲了，你们可以自己去思考。比如从Z向测量一个点X=1000，Y=0，Z=0，那么输出应该是X=1000.01，Y=，Z=0么？测量误差变成了X误差0.01，这不是很扯么？我测量的是Z误差，你给我出X误差。其实应该这样做，你编程移动到X=1000位置，从上往下测量一点，CMM知道零件膨胀了，那CMM就应该走到X=1000.01处测量，然后逆向温度补偿，输出X=1000给你。你的软件有这么聪明么？你试试看。
问题又来了，如果三坐标X坐标变成5000，那么你应该走到X=5000.05处测量，同一个零件，温度变化一样的，温度导致的变形一样的，只是你的坐标系变化了，测量的位置就要改变了么？这样也不对啊。测量的不是同一个位置，还有比较的意义么！
一个终极的发问是：温度目前是22°，产品是这个样子，当温度稳定到20°，产品是有变化了，但是这个变化肯定跟坐标系无关，跟三坐标无关，那么三坐标，首先要有一个坐标系，然后才能有XYZ的数据，如何用坐标系和XYZ来描述温度导致的变形？其实这是一件驴唇不对马嘴的事情。只有某些特定条件和特定参数（比如距离）可以适用这个温度补偿功能，比如测量量块的时候，补偿就很正确。
要从根本上解决这个问题，我觉得应该从数模着手，在数模上模拟温度变形，通过数模变形以匹配当前温度下的零件，然后用这个变形后的数模去与实物比对。
目前来看，百万元级别的CAD软件似乎还没听说过这个功能，价格只是CAD软件零头的的CMM软件肯定是没有了。
所以还是老老实实的把测量室的温度稳定下来比较靠谱。说到温度补偿，我经常讲，车再好，车子的减震再好，各种高科技自动修正再好，路不好的话，终究跑不快。要想跑快，最简单，还得上平坦的高速公路。
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以上内容转载自北京欧科德张工微信公众号 ARCO CAD；欢迎大家使用ARCO CAD三坐标测量软件和服务；
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