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三次元|三坐標(biāo)測量機(jī)測頭的校正

三坐標(biāo)測量機(jī)在進(jìn)行測量工作前要進(jìn)行測頭校正，這是進(jìn)行測量前必須要做的一個(gè)非常重要的工作步驟，因?yàn)闇y頭校正中的誤差將加入到以后的零件測量中。而在觸發(fā)式測頭校正后的測針寶石球直徑要比其名義值小，這使許多操作員感到奇怪，但是要解釋原因，可不是一兩句話能說清楚的。讓我們從校正測頭的原理說起。

1、為什么要校正測頭：

校正測頭主要有兩個(gè)原因：為了得到測針的紅寶石球的補(bǔ)償直徑和不同測針位置與*個(gè)測針位置之間的關(guān)系。三坐標(biāo)測量機(jī)在進(jìn)行測量時(shí)，是用測針的寶石球接觸被測零件的測量部位，此時(shí)測頭(傳感器)發(fā)出觸測信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)系統(tǒng)后，將此刻的光柵計(jì)數(shù)器鎖存并送往計(jì)算機(jī)，工作中的測量軟件就收到一個(gè)由 X、Y、Z坐標(biāo)表示的點(diǎn)。這個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)我們可以理解為是測針寶石球中心的坐標(biāo)，它與我們真正需要的測針寶石球與工件接觸點(diǎn)相差一個(gè)寶石球半徑。為了準(zhǔn)確計(jì)算出我們所要的接觸點(diǎn)坐標(biāo)，必須通過測頭校正得到測針寶石球的半/直徑。在實(shí)際測量工作中，零件是不能隨意搬動(dòng)和翻轉(zhuǎn)的，為了便于測量，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇測頭位置和長度、形狀不同的測針(星形、柱形、針形)。為了使這些不同的測頭位置、不同的測針?biāo)鶞y量的元素能夠直接進(jìn)行計(jì)算，要把它們之間的關(guān)系測量出來，在計(jì)算時(shí)進(jìn)行換算。所以需要進(jìn)行測頭校正。

2、測頭校正的原理：

測頭校正主要使用標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)球的直徑在 10mm 至 50mm 之間，其直徑和形狀誤差經(jīng)過校準(zhǔn)(廠家配置的標(biāo)準(zhǔn)球均有校準(zhǔn)證書)。測頭校正前需要對測頭進(jìn)行定義，根據(jù)測量軟件要求，選擇(輸入)測座、測頭、加長桿、測針、標(biāo)準(zhǔn)球直徑(是標(biāo)準(zhǔn)球校準(zhǔn)后的實(shí)際直徑值)等(有的軟件要輸入測針到測座中心離)，同時(shí)要分別定義能夠區(qū)別其不同角度、位置或長度的測頭編號(hào)。 用手動(dòng)、操縱桿、自動(dòng)方式在標(biāo)準(zhǔn)球的*范圍內(nèi)觸測 5 點(diǎn)以上(一般在 7～11 點(diǎn))，點(diǎn)的分布要均勻。計(jì)算機(jī)軟件在收到這些點(diǎn)后(寶石球中心坐標(biāo) X、Y、Z 值)，進(jìn)行球的擬合計(jì)算，得出擬合球的球心坐標(biāo)、直徑和形狀誤差。將擬合球的直徑減去標(biāo)準(zhǔn)球的直徑，就得出校正后測針寶石球“直徑”(確切的講應(yīng)該是“校正值”或“校正直徑”)。 當(dāng)其他不同角度、位置或不同長度的測針按照以上方法校正后，由各擬合球中心點(diǎn)坐標(biāo)差別，就得出各測頭之間的位置關(guān)系，由軟件生成測頭關(guān)系矩陣。當(dāng)我們使用不同角度、位置和長度的測針測量同一個(gè)零件不同部位

的元素時(shí)，測量軟件都把它們轉(zhuǎn)換到同一個(gè)測頭號(hào)(通常是 1 號(hào)測頭)上，就象一個(gè)測頭測量的一樣。凡是在經(jīng)過在同一標(biāo)準(zhǔn)球上(未更換位置的)校正的測頭，都能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

3、校正值比名義值小的原因：

在了解測頭校正的原理后，我們就很容易解釋測針校正值比名義值小的原因了。

a、觸發(fā)式測頭在原理上相當(dāng)于是杠桿結(jié)構(gòu)。觸測時(shí)，必須使傳感器能夠觸發(fā)(相當(dāng)于開關(guān)斷開)才能發(fā)出信號(hào)。由于測針(力臂)有一定的長度，所以在測針的寶石球接觸標(biāo)準(zhǔn)球后，還要運(yùn)行一段距離，才能使傳感器觸發(fā)，測針越長這段距離越大。因此造成觸發(fā)信號(hào)的延遲，使擬合球的直徑小于寶石球直徑和標(biāo)準(zhǔn)球直徑之和。當(dāng)軟件把擬合球的直徑減去標(biāo)準(zhǔn)球直徑(已輸入)后，我們得到的校正后測針的“校正直徑”就比其名義值小。

b、測針在觸測過程中，會(huì)有稍許變形，加大了信號(hào)的延遲，也是造成這種現(xiàn)象的原因。

c、傳感器(測頭)的觸發(fā)信號(hào)到達(dá)計(jì)數(shù)器，需要的時(shí)間是固定的。但是在這段時(shí)間內(nèi)光柵讀數(shù)的變化率，與測量機(jī)的觸測速度有關(guān)。觸測速度快時(shí)，測針的“校正直徑”就小。

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4、校正測頭要注意的問題：

測針校正后的“校正直徑”小于名義值，不會(huì)影響測量機(jī)的測量精度。相反，還會(huì)對觸測的延時(shí)和測針的變形起到補(bǔ)償?shù)淖饔茫驗(yàn)槲覀冊跍y量機(jī)測量過程中測量軟件對測針寶石球半徑的修正(把測針寶石球中心點(diǎn)的坐標(biāo)換算到觸測點(diǎn)的坐標(biāo))，使用的是“校正直徑”而不是名義直徑。在進(jìn)行測頭校正時(shí)，應(yīng)該注意以下問題：

1)、測座、測頭(傳感器)、加長桿、測針、標(biāo)準(zhǔn)球要安裝可靠、牢固，不能松動(dòng)，有間隙。檢查了安裝的測針、標(biāo)準(zhǔn)球是否牢固后，要擦拭測針和標(biāo)準(zhǔn)球上的手印和污漬，保持測針和標(biāo)準(zhǔn)球清潔。

2)、校正測頭時(shí)，測量速度應(yīng)與測量時(shí)的速度一致。注意觀察校正后測針的直徑(是否與以前同樣長度時(shí)的校正結(jié)果有大偏差)和校正時(shí)的形狀誤差。如果有很大變化，則要查找原因或清潔標(biāo)準(zhǔn)球和測針。重復(fù)進(jìn)行 2 至 3 次校正，觀察其結(jié)果的重復(fù)程度。檢查了測頭、測針、標(biāo)準(zhǔn)球是否安裝牢固，同時(shí)也檢查了機(jī)器的工作狀態(tài)。

3)、當(dāng)需要進(jìn)行多個(gè)測頭角度、位置或不同測針長度的測頭校正時(shí)，校正后一定要檢查校正效果(準(zhǔn)確性)。方法是：全部定義的測頭校正后，使用測球功能，用校正后的全部測頭依次測量標(biāo)準(zhǔn)球，觀察球心坐標(biāo)的變化，如果有 1 至 2 個(gè)微米變化，是正常的。如果變化比較大，則要檢查測座、測頭、加長桿、測針、標(biāo)準(zhǔn)球的安裝是否有牢固，這是造成這種現(xiàn)象的重要原因。

4)、更換測(不同的軟件方法不同)，因?yàn)闇y針長度是測頭自動(dòng)校正的重要參數(shù)，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)造成測針的非正常碰撞，輕者碰壞測針，重則造成測頭損壞。一定要注意。

5)、正確輸入標(biāo)準(zhǔn)球直徑。從以上所述的校正測頭的原理中可以得知，標(biāo)準(zhǔn)球直徑值直接影響測針寶石球直徑的校正值。雖然這是一個(gè)“小概率事件”，但是對初學(xué)者來說，這是可能發(fā)生的。三坐標(biāo)測量機(jī)的測頭校正是測量過程中的重要環(huán)節(jié)，在校正中產(chǎn)生的誤差將加入到測量結(jié)果中，尤其是使用組合測頭(多測頭角度、位置和測針長度)時(shí)，校正的準(zhǔn)確性特別重要。當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題再重新檢查測頭校正的效果，會(huì)浪費(fèi)寶貴的時(shí)間和增加大量的工作量。

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世通儀器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室1000萬元，投資資本過5000萬元,并建有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化科室,實(shí)驗(yàn)室占地面積近萬平米,*儀器校準(zhǔn)設(shè)備1000余套。校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量檢測范圍涉及長度、溫度、濕度、理化、力學(xué)、電磁、無線電、光學(xué)、聲學(xué)、時(shí)間頻率等領(lǐng)域，覆蓋98%以上的工廠。大多數(shù)工程師來源于計(jì)量學(xué)或從事多年儀器校準(zhǔn)行業(yè)的*人員,他們常年接受計(jì)量學(xué)和多地(所)*的培訓(xùn)與考核,造就了一批*素質(zhì)精良,工作認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ處熽?duì)伍.在證書的制作上采用的是ERP管理系統(tǒng),實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化和*化操作,是國內(nèi)具規(guī)模和實(shí)力的校準(zhǔn)機(jī)構(gòu).

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