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三坐标测量机测针的选择和校准

时间:2020-04-01 点击次数:444
  三坐标测量机的测量精度和工作效率与测针的校准和选择紧密关联,在进行测量工作之前必须要合理的选择测针和对测针准确的校准,因为测针的测球有自己的尺寸,而测量零件的不同位置可能是用测球的不同位置去接触零件的,因此,测量的数据中含有测球自己的数值,而测针校准就是测量测球自己尺寸大小的过程。特别是校准不同长度和位置的测针时测球校准结果球度误差的大小对测量结果的影响至关重要。本文主要论述了三坐标测量机测针校准的原理和校准过程中应注意的问题以及合理选择测针的原则。
 
  测针校准的原理
 
  在测量采样过程中,当测针与被测件表面触碰时,测头系统就会有信号显示,作为测量的瞄准信号,进而通知计算机进行数据的采集,以得到得被测点的坐标值。此外,由于测量机通过测头系统进行探测,得到的点位坐标值是测球中心的坐标值,为了获得被测工件的实际尺寸,还需加上或减去测球的动态直径值。进入测头校准程序后,对标准球进行测量,测量方法与几何元素测量程序中的球的测量方法一样,当采点数量达到要求时,测量程序会自动对测量点进行计算处理,将处理后的测头校准结果,自动返回到测头校准对话框界面中。在按下回车按键后,校准后的测头数据将作为修正值用于后续的应用数据处理中。基准后的测头数据包括测头半径及球度误差还有测球中心相对于零号测头中心的坐标值。
 
  校准测针时,需注意的问题
 
  (1)测前准备。根据工件的测量范围以及需要测量的方向和位置,首先确定所需用的测针组合,包括测针的直径、数量、方向和是否加装接长杆,尽量不在测量过程中更换测针。
 
  (2)检测校准。测针校准时,应使所选测针在标准球的轴向大直径处分别接触测量,以提高测针校准的准确度。注意观察校准后测针的直径和校准时的形状误差,如果有较大变化,就需要查找原因。需要进行6次以上的校准,观察其校准结果的重复性数据,以统计原理求出标准偏差进行分析。
 
  (3)重复校准。单个测针位置校准,需要观察测针直径和球度误差,三坐标测针直径应与平时校准相近且重复性好,球度误差也小,多个测头位置校准时,除要观察以上结果外,还要用校准后的各个位置的测针测量标准球,观察球心坐标值的变化,数值应与示值误差或探测误差相近。如果变化范围在(1~3)μm之间,就算正常。否则,就要重新检查测头、测座、接长杆、标准球的安装是否稳固、可靠。
 
  (4)测针更换。因为测针长度是测头自动校准的重要参数,如果自动更换校准错误,就会造成测针的非正常碰撞,轻者碰坏测针,重则造成测头(传感器)损坏。测针更换过程中如果测头舱盒偏离原来位置,可以初始化测针架坐标系再重新建立,如果测头太重,失去平衡,可以在测头的相反方向尝试加配重块来解决。
 
  (5)标准球直径。标准球具有极好的圆度误差,校准过程中以该直径值作为标准。一定要正确输入标准球的理论直径。根据前面测针校准的原理可以看出标准球理论直径数值将直接影响测针校准的球度误差,必须使软件得到三坐标测量机测球的“等效直径”,自动进行测球半径的补偿。
 
  如何合理选择测针
 
  在使用过程中影响测量结果的因素除了环境因素和三坐标测量机自身的计量特性外,还与测针的选择有着密切的关系。我们要选择测针的大小和类型,其实就是在选择测针的大刚度还有测球的球度。测杆材料的选择也很重要,测杆必须设计具有大的刚性,这样即使测量时测杆弯曲至低也不会被折断。还要兼顾选择尽可能短的测针,测杆越长精度就越低,应当减少测针组合的件数,测球的直径也要尽可能选大一点,这样不但可以增大测球和测针杆之间的距离,还可以减少测针杆的碰撞;后当组合测针时,还要考虑测头的生产厂家所规定的测针长度和测针重量的大允许范围。
 
  (1)测球的选择。优先选择球径较大的测针,测球直径大就会减小被测表面纹路粗糙对精度造成的影响,测球直径越大,圆度就越好,测杆就越粗,测力变形也就越小,其曲面半径就大一些,接触变形就会更小,球径与测针杆之差也就越大,在测量工件时碰到测杆的机率就比小球径的测针要小得多。
 
  (2)测杆的选择。测量精度随着测杆长度的增加而降低因此要尽量选择具有大刚度、尽可能短而粗的测杆才是正确的做法。虽然测杆并不会直接引起特定的误差,但测杆长度会将误差放大。测杆的挠性也会放大预行程的变化。陶瓷测杆通常可用于既需要性好,又要求重量轻的测量任务。同样,碳纤维通常也可用于制造很长的测杆。
 
  (3)连接点的选择。由于测针与加长杆连接在一起时会引入了微观弯曲和变形点,因此在配置测针时应该尽量减少连接点,尽可能减少接长杆的连接数目以减小累积误差。
 
  (4)测量孔径时的选择。对于10mm以上的孔径,要是孔不长,用φ2、φ3,φ4mm的测针都是一样的,要是孔很长且要打全的话,那就要4mm的测针了,这样测就不容易碰杆。另外,测量平面度时为减少表面微观不平度的影响,也要优先选择大球径测针。
 
  (5)测头的校正。测头校正是保证测量精度的基础,在测头校正过程中引起误差的主要因素有:测杆的弯曲变形,测头校正时触测点位置,测力,触测速度和探测距离等,测力越小精度越低,应选用一定的测力和测速进行校正,同时选用合适的探测距离,以保证校正精度。
 

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