三坐标坐标测量机是一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛应用于制造、电子、汽车和航空航天等工业中。作为一种检测仪器,对零件和部件的尺寸、形状及相互位置进行检测。

 

　　三坐标机的测量原理是:将被测物体置于三坐标机的测量空间,可获得被测物体上各点的坐标位置,根据这些点的空间坐标值,经计算可求出被测的几何尺寸、形状和位置。

 

　　测头是三坐标机非常关键的部件,是测量机触测被测零件的发讯开关,测头的正确使用决定了测量机的测量可重复性。

 

　　测针的组成

 

　　测头是坐标测量机的一部分,主要用来触测工件表面,当测头的机械装置移位时,将产生信号触发并采集一个测量数据。一般的测头都是由一个杆和红宝石球组成(如图1所示)。红宝石是非常硬的材料,做成的测头的磨损量最小。它的密度也非常低,质量最小,从而可以避免由于机器运动或振动而造成的测头误触发。

 

　　测针的正确使用

 

　　测量过程中,要求测针的刚性和测尖的形状都达到尽可能最佳的程度,保证一定的测量精度,在对测头的使用上,应注意:

 

　　(1)测针长度尽可能短。测头弯曲或偏斜越大,精度将越低。因此在测量时,尽可能采用短测头。

 

　　(2)连接点最少。每次将测针与加长杆连接在一起时,就额外引入了新的潜在弯曲和变形点。因此在应用过程中,尽可能减少连接的数目

 

　　(3)使测球尽可能大,主要原因有两个:使得球/杆的空隙最大,这样减少了由于“晃动”而误触发的可能;测球直径较大可削弱被测表面未抛光对精度造成的影响

 

　　测针测量的可重复性

 

　　当测头的采样方向垂直于测头体(垂直于测杆轴线)时结果最好,应尽可能使采样方向垂直于测头体;如果测头平行于测头体(沿着测杆轴线)采样,其结果的可重复性比垂直于轴采样的可重复性低;如果测头的采样方向既不垂直也不平行于测头体,则所得结果的可重复性还不如平行于测头体;测头采样方向平行于测杆轴线,但是与测头体成一角度,将无法重复,应该尽可能避免。

 

　　避免杆的碰撞

 

　　测量时若测杆与零件接触,而不是用触点,测量系统则认为是用触点采样的,因此将引起很大的误差。此时,增加测杆球直径将增加球/柱空间,从而减少杆碰撞的可能性,如图3所示。有效工作长度是测杆碰到特征之前,测杆可以达到的深度,通常,球越大,有效工作长度就越大。使用较大的测杆球还可以减少被检组件表面粗糙度的影响;但是,可以使用的最大球受到所测量的最小孔的限制。

 

　　此外,测头是精密测量仪器,应保持其清洁,并小心爱护,使它保持其大小和形状。测杆红宝石触点应该保持无污物,1μm的灰尘就可能导致1μm的测量误差。

 

　　测针的校验

 

　　采用接触式测头测量时,由于测头半径的影响,得到的坐标数据并不是测头所触及的表面的坐标,而是测头球心的坐标,当被测点的表面法矢方向和测轴方向一致时,测头坐标和测头中心相差一个测头半径值。如果忽略测头半径,即测量得到的数据不进行半径补偿处理,就会带来数据补偿误差。因此,在对工件进行检测之前,需对所使用的测杆进行校验,需要对实际的接触点与软件纪录的位置沿着测点矢量方向进行的测头半径位置的补偿。

 

　　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,

 

　　通过校验,需消除以下三方面的误差:

 

　　(1)理论测杆半径与实际测杆半径之间的误差;

 

　　(2)理论测杆长度与实际测杆长度的误差;

 

　　(3)测头旋转角度之误差。

 

　　通过校验消除以上3个误差,得到正确的补偿值。因此校验结果的准确度,直接影响工件的检测结果。