4. Hexagon绝对臂测量机现场校准与补偿
现场校准的对象与误差来源
绝对臂测量机的精度不是“一次出厂标定永久有效”。现场温度变化、探针更换、运输振动、关节长期磨损都会让内部运动学模型与实际状态产生偏差。现场校准的核心任务，就是重新建立“关节角度读数 → 测头空间坐标”的映射关系，并把温度、探针长度、关节零位这三类影响量纳入补偿。
三类影响量的作用位置不同：温度改变臂体与关节的几何尺寸，属于全局尺度漂移；探针长度改变末端工具坐标系的偏移量，属于末端偏置误差；关节零位改变各旋转关节的角度基准，属于运动学参数误差。校准顺序应遵循“先零位、再温度、后探针”的原则，因为零位误差会污染后续所有测量。
关键补偿参数与设置方法
绝对臂的补偿参数通常通过厂商校准软件写入控制器。以下参数是现场校准必须确认的核心项：
| 参数 | 含义 | 典型设置方式 | 影响量级 |
|---|---|---|---|
| 关节零位偏置 | 各旋转关节编码器零点修正值 | 回零后由软件自动计算并写入 | 0.01°~0.1° |
| 温度补偿系数 | 臂体材料热膨胀系数与温度传感器读数 | 输入环境温度与臂温，软件查表补偿 | 0.5~2 μm/°C·m |
| 探针长度 | 测球中心到末端法兰的偏移量 | 标准球标定，自动计算 XYZ 偏移 | 10~200 μm |
| 探针测球半径 | 测球实际半径补偿值 | 标准球多点触测拟合 | 1~5 μm |
温度补偿系数不是固定值，应使用校准软件中对应臂体材料的默认系数，并在现场实测臂温与环境温度后由软件自动计算补偿量。不要手动修改材料系数。
校准操作要点
- 等温稳定：将绝对臂移至测量现场，静置至少 30 分钟，确认臂体温度与环境温度差 ≤ 1°C。若温差过大，补偿系数会引入额外误差。
- 关节零位校准：依次将各关节手动转至机械零位标记，在软件中执行“零位校准”，记录每个关节的编码器偏差值。偏差超过 0.05° 的关节需重点标记。
- 温度补偿采集：在软件中输入当前环境温度和臂体温度，确认温度补偿功能已启用。部分机型需在控制器中加载温度补偿表。
- 探针长度标定：使用标准球，以至少 5 个不同方向触测，软件自动拟合测球中心并计算探针长度和测球半径。标定后检查残差是否在允许范围内。
- 写入并保存：将全部补偿参数写入控制器，保存校准文件，记录校准日期、环境温度、操作人员和标准球编号。
校准后精度验证
校准完成后必须执行三项验证，全部通过才可判定校准有效：
- 单点重复性：在同一测点重复测量 10 次，计算标准差 σ。判定条件：σ ≤ 0.02 mm。
- 标准球直径误差：测量已知直径的标准球，比较测量值与标称值。判定条件：|ΔD| ≤ 0.03 mm。
- 长度示值误差：使用量块或标准长度件，测量两端面距离。判定条件：|ΔL| ≤ 0.05 mm。
若任一验证项超差，应返回关节零位校准步骤重新执行，并检查探针是否松动、标准球是否清洁、温度是否稳定。验证通过后，将校准报告与补偿参数文件一并归档，作为后续测量程序的基准。
校准过程中不要触碰臂体或探针，避免引入额外振动误差。标准球使用前需用无尘布清洁，并确认其标称直径与校准证书一致。