关键字:误差、测球半径、测针

    测球半径补偿误差

• 测针的选择
  正确选择和使用测头是影响坐标测量机的测量精度的重要因素.测针安装在测头上,是测量系统中直接接触工件的部分,它与测头的通讯式连接渠道称作触发信号.如何选用合适的测针类型和规格取决于被测工件的特征,但是在任何情况下,测针的刚性和测球的球度都是不可或缺的.
  工业用红宝石是高硬度的陶瓷材料,红宝石测球具有很好的球度,测量时红宝石测球的球头磨损可忽略不计.测针针杆一般用非磁性的不锈钢针杆或碳钨纤维针杆,以保证测针的刚性.测针的有效工作长度(EWL)使得测针接触工件时可获得精确的测点位置.球头尺寸和测针有效工作长度的选取取决于被测工件.可能的情况下,选择球头直径尽可能大、测杆尽可能短的测针,以保证最大的球头/测杆距,获得最佳的有效工作长度和测针刚性.需要时可加长测杆以增大探测深度,但值得注意的是,使用测针加长杆会降低刚性,从而降低测量精度.
• 探针的校准
  在对工件进行实际检测之前,首先要对测量过程中用到的探针进行校准.因为在许多尺寸的测量当中需要沿不同的方向进行探测,系统记录的是探针中心的坐标而不是接触点的坐标.为了获得接触点的坐标,必须对探针半径进行补偿.因此首先必须对探针进行校准.一般使用校准球来校准探针.校准球是一个已知直径的校准球，校准探针的过程实际上就是对这个已知直径的标准进行测量直径的过程,该球的测量值等于校准球的直径加探针直径,这样也就可以确定探针直径,将探针直径除以2,得出探针半径,系统用这个值就可以对测量结果进行补偿.校准的具体操作步骤一般如下:将探头正确的安装在CMM的主轴上;将探针在工件表面移动,看是否均能测得到,检查探针是否清洁.记住,一旦探针的位置发生改变,就必须重新校准;将校准球装在工作台上,要确保不用移动校准球上打点,测点当选最少为五个;给定的点当数测完后,就可以得到测量所得的校准球的位置、直径、形状偏差,由此可以得到探针的半径值.
  测量过程中所有要用到的探针都要进行校准,而且一旦探针改变位置,或者取下后下次再用时要重新进行校准,这样一来在探针的校准方面要用去大量的时间.为解决这一问题,有的CMM上配有测头库和测头自动交换装置.测头库中的测头经过一次校准后可重复交换使用而无需重新校准.
• 工件的找正
  我们知道CMM有其本身的机器坐标系,而在进行检测规划时,检测点数量及其分布的确定以及检测路径的生成及信真等都是在CAD中工件坐标系下进行的.因此在进行实际检测之前首先要确定工件坐标系在CMM机器坐标系中的位置关系.即首先要在CMM机器坐标系中对工件进行找正.通常采用6点找正法,即“3-2-1”方法对工件进行找正.首先通过在指定平面上测量三点或三点以上的点校准基准面;其次通过测量两点或两点以上的点来校准基准轴;最后再测一点来计算原点.在以上三步操作中检测点位置的确定都是依据工件坐标系来选择的.

    工件在工作台上的搁置方式一般有两种.一种是通过专用夹具或自动装卸装置,将工件放在工作台沙锅内的某仪固定位置.这样,通过一次工件找正,再以后测量同批工件时,由于工件的位置基本上是确定的,故无须再对工件进行找正,直接就可进行测量;另一种是通过肉眼的观察直接将工件放在工作台的某一合适位置,在这种情况下每测一工件都必须首先对其在工作台上进行找正.

    测球半径补偿误差
    当测针接触到工件时,三坐标测量机接收的的坐标值应是红宝石球头中心点坐标,显然,测量软件将自动沿着测针从接触点回退的方向加上一个测球半径值作为测量值.但该测量值是一个与测头的机械惯性有关的动态值.实际上,测量作为一个动态过程,其测量值应该考虑到从测头采点到实际向系统传送该点坐标值时发生的机器空间移动距离.尽管这个距离极小,但对系统计算动态尺寸有一定影响.     在实际测量时,每测量一个元素,系统都可以自动区分测球半径的补偿方向,计算正确的补偿半径.在采点开始后,测量软件将在沿着测针接触工件的方向上对测球进行半径补偿,但被补偿点并非真正的接触点,而是测头沿着测针接触工件方向的延长线上的一个点.这样就造成了补偿误差,产生误差的大小与测球的半径及该工件被测面与笛卡尔坐标轴的夹角有关,夹角越大,误差越大.

• 测球半径r对补偿误差的影响
  补偿误差δ与测球半径r成正比关系,即测球半径r越小,补偿误差δ也越小.因此当用三坐标测量机进行点位测量时,应选用尽可能小的测球.
• 测针轴线与被测表面法线间的夹角α对补偿误差的影响
  当测针轴线与被测表面法线间的夹角α等于0时,测球半径补偿误差δ也为0.因此,测量时要尽可能使测针轴线与被测表面垂直,使测头沿着被测表面的法线方向移动,以最大限度地减小测球半径补偿误差.

    在用三坐标测量机测量点元素时,测量软件在自动补偿测球半径过程中会出现测球半径补偿误差,通过运用参考坐标系找正工件或用CNC模式进行测量,使测头沿着被测表面的法线方向移动采集点的坐标,可以尽量减小测球半径补偿误差,正确进行测球半径补偿,提高测量精度.