三坐標(biāo)測量機(jī)測針的正確使用
三坐標(biāo)坐標(biāo)測量機(jī)是一種高效率的新型精密測量儀器。它廣泛應(yīng)用于制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中。作為一種檢測儀器,對零件和部件的尺寸、形狀及相互位置進(jìn)行檢測。
三坐標(biāo)機(jī)的測量原理是:將被測物體置于三坐標(biāo)機(jī)的測量空間,可獲得被測物體上各點(diǎn)的坐標(biāo)位置,根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值,經(jīng)計(jì)算可求出被測的幾何尺寸、形狀和位置。
測頭是三坐標(biāo)機(jī)非常關(guān)鍵的部件,是測量機(jī)觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān),測頭的正確使用決定了測量機(jī)的測量可重復(fù)性。
測針的組成
測頭是坐標(biāo)測量機(jī)的一部分,主要用來觸測工件表面,當(dāng)測頭的機(jī)械裝置移位時(shí),將產(chǎn)生信號觸發(fā)并采集一個(gè)測量數(shù)據(jù)。一般的測頭都是由一個(gè)桿和紅寶石球組成。紅寶石是非常硬的材料,做成的測頭的磨損量最小。它的密度也非常低,質(zhì)量最小,從而可以避免由于機(jī)器運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)而造成的測頭誤觸發(fā)。
測量過程中,要求測針的剛性和測尖的形狀都達(dá)到盡可能最佳的程度,保證一定的測量精度,在對測頭的使用上,應(yīng)注意:
(1)測針長度盡可能短。測頭彎曲或偏斜越大,精度將越低。因此在測量時(shí),盡可能采用短測頭。
(2)連接點(diǎn)最少。每次將測針與加長桿連接在一起時(shí),就額外引入了新的潛在彎曲和變形點(diǎn)。因此在應(yīng)用過程中,盡可能減少連接的數(shù)目
(3)使測球盡可能大,主要原因有兩個(gè):使得球/桿的空隙最大,這樣減少了由于“晃動(dòng)”而誤觸發(fā)的可能;測球直徑較大可削弱被測表面未拋光對精度造成的影響
測針測量的可重復(fù)性
所示,當(dāng)測頭的采樣方向垂直于測頭體(垂直于測桿軸線)時(shí)結(jié)果最好,應(yīng)盡可能使采樣方向垂直于測頭體;如果測頭平行于測頭體(沿著測桿軸線)采樣,其結(jié)果的可重復(fù)性比垂直于軸采樣的可重復(fù)性低;如果測頭的采樣方向既不垂直也不平行于測頭體,則所得結(jié)果的可重復(fù)性還不如平行于測頭體;測頭采樣方向平行于測桿軸線,但是與測頭體成一角度,將無法重復(fù),應(yīng)該盡可能避免。
避免桿的碰撞
測量時(shí)若測桿與零件接觸,而不是用觸點(diǎn),測量系統(tǒng)則認(rèn)為是用觸點(diǎn)采樣的,因此將引起很大的誤差。此時(shí),增加測桿球直徑將增加球/柱空間,從而減少桿碰撞的可能性,如圖3所示。有效工作長度是測桿碰到特征之前,測桿可以達(dá)到的深度,通常,球越大,有效工作長度就越大。使用較大的測桿球還可以減少被檢組件表面粗糙度的影響;但是,可以使用的最大球受到所測量的最小孔的限制。
此外,測頭是精密測量儀器,應(yīng)保持其清潔,并小心愛護(hù),使它保持其大小和形狀。測桿紅寶石觸點(diǎn)應(yīng)該保持無污物,1μm的灰塵就可能導(dǎo)致1μm的測量誤差。
測針的校驗(yàn)
采用接觸式測頭測量時(shí),由于測頭半徑的影響,得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并不是測頭所觸及的表面的坐標(biāo),而是測頭球心的坐標(biāo),當(dāng)被測點(diǎn)的表面法矢方向和測軸方向一致時(shí),測頭坐標(biāo)和測頭中心相差一個(gè)測頭半徑值。如果忽略測頭半徑,即測量得到的數(shù)據(jù)不進(jìn)行半徑補(bǔ)償處理,就會帶來數(shù)據(jù)補(bǔ)償誤差。因此,在對工件進(jìn)行檢測之前,需對所使用的測桿進(jìn)行校驗(yàn),需要對實(shí)際的接觸點(diǎn)與軟件紀(jì)錄的位置沿著測點(diǎn)矢量方向進(jìn)行的測頭半徑位置的補(bǔ)償。
因此測量時(shí)要盡可能使測針軸線與被測表面垂直,使測頭沿著被測表面的法線方向移動(dòng),以最大限度地減小測球半徑補(bǔ)償誤差,
通過校驗(yàn),需消除以下三方面的誤差:
(1)理論測桿半徑與實(shí)際測桿半徑之間的誤差;
(2)理論測桿長度與實(shí)際測桿長度的誤差;
(3)測頭旋轉(zhuǎn)角度之誤差。
通過校驗(yàn)消除以上3個(gè)誤差,得到正確的補(bǔ)償值。因此校驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度,直接影響工件的檢測結(jié)果。
