三坐標測量機測針的正確使用
三坐標坐標測量機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、形狀及相互位置進行檢測。
三坐標機的測量原理是:將被測物體置于三坐標機的測量空間,可獲得被測物體上各點的坐標位置,根據(jù)這些點的空間坐標值,經(jīng)計算可求出被測的幾何尺寸、形狀和位置。
測頭是三坐標機非常關(guān)鍵的部件,是測量機觸測被測零件的發(fā)訊開關(guān),測頭的正確使用決定了測量機的測量可重復(fù)性。
測針的組成
測頭是坐標測量機的一部分,主要用來觸測工件表面,當測頭的機械裝置移位時,將產(chǎn)生信號觸發(fā)并采集一個測量數(shù)據(jù)。一般的測頭都是由一個桿和紅寶石球組成。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器運動或振動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,盡可能采用短測頭。
(2)連接點最少。每次將測針與加長桿連接在一起時,就額外引入了新的潛在彎曲和變形點。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:使得球/桿的空隙最大,這樣減少了由于“晃動”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,當測頭的采樣方向垂直于測頭體(垂直于測桿軸線)時結(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
測量時若測桿與零件接觸,而不是用觸點,測量系統(tǒng)則認為是用觸點采樣的,因此將引起很大的誤差。此時,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,使它保持其大小和形狀。測桿紅寶石觸點應(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
采用接觸式測頭測量時,由于測頭半徑的影響,得到的坐標數(shù)據(jù)并不是測頭所觸及的表面的坐標,而是測頭球心的坐標,當被測點的表面法矢方向和測軸方向一致時,測頭坐標和測頭中心相差一個測頭半徑值。如果忽略測頭半徑,即測量得到的數(shù)據(jù)不進行半徑補償處理,就會帶來數(shù)據(jù)補償誤差。因此,在對工件進行檢測之前,需對所使用的測桿進行校驗,需要對實際的接觸點與軟件紀錄的位置沿著測點矢量方向進行的測頭半徑位置的補償。
因此測量時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,以最大限度地減小測球半徑補償誤差,
通過校驗,需消除以下三方面的誤差:
(1)理論測桿半徑與實際測桿半徑之間的誤差;
(2)理論測桿長度與實際測桿長度的誤差;
(3)測頭旋轉(zhuǎn)角度之誤差。
通過校驗消除以上3個誤差,得到正確的補償值。因此校驗結(jié)果的準確度,直接影響工件的檢測結(jié)果。
