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黃山三坐標(biāo)測量機(jī)標(biāo)準(zhǔn)球的原理

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第一個(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(duì)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距離)，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)球的最大范圍內(nèi)觸測5點(diǎn)以上(一般推薦在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)象的原因之一。

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。

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(duì)觸測的延時(shí)和測針的變形起到補(bǔ)償?shù)淖饔�，因�(yàn)槲覀冊跍y量機(jī)測量過程中測量軟件對(duì)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。