三坐标测量测头标定的意义及作用

  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。

校验测头主要基于下面两个方面的原因。

        （1） 坐标测量机测量零件时，测量传感器安装的测针末端是宝石球，球体与被测零件表面接触后触发测量信号。触发信号后，运动控制器将机器的当前坐标发送给测量软件，然后由软件将机器坐标换算到测球中心，最后再根据触测方向，偏移测球半径，以获得正确的测量点坐标，这个能准确修正测球半径值的功能是几何测量机软件的一项重要功能。由于测头半径尺寸、安装尺寸等存在误差，可能会影响测量点的精度，所以测量系统需要通过测头校验步骤，来修正实际测针的半径值。

        （2） 在测量过程中，往往要配置不同测头角度、长度和直径不同的测针，来实现对不同几何元素的测量。这些不同位置测量的点必须要经过相应转换才能在同样的坐标下计算，得出正确的结果。由于接长杆、传感器、测针等在安装过程中，难免会带入安装误差，所以要通过测头校验得出不同测头角度之间的真实位置关系，使软件系统能够进行准确换算。

一：测头校正的目的：

a.得到测头各个角度之间的位置关系

b.得到测针的等效直径，为什么测针的等效直径小于名义值：

只有接触后才能触发。

触发后的计数锁存的时间。

测量机停止时惯性。

测针变形。

测针越长，等效直径越小。

C.测头位置的校正：

用标准球取其球心坐标得到不同测头位置之间的关系矩阵，将不同的测头位置测量的元素转换到一个测头位置来计算。

校正测针时用三层以上测点。

测头位置校正的检查，使用各校正后的测针测同一个球的球心，观察球心坐标的变化。

三.如何检查测头校正的结果：

a.检查测针等效直径是否小于名义值

b.检查校正后的form值，是否小于2微米（实际根据机器精度）

c.不同角度测量标准球球心，看是否有偏差一般主要检查ab两项，必须同时满足才能进行测量

四.影响测头校正结果的因素：

a.环境因素：温度、湿度、震源、灰尘

b.标准球或红宝石有异物，可用洒精棉擦试后重新校正

c.标准球和测针有松动

d.本身机器硬件出现问题，如气浮轴承的堵塞，传动的松动，电

气原因等等。

综述：测头的校正是测量前很重要的准备工作，他既能保证测量的准确性，还可以帮助操作者发现很多机器上的问题，如测针添加和实际不符，标准球测针有松动，机器本身精度出现问题，所以必须引起大家重视。

附注：

  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。进行测量工作之前，必须要合理的选择测针，并做好测针校准，因为测针的测球都有自己的尺寸，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。

1.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。

2.校准测针时，需注意以下问题：

（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最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。

3.如何选择测针

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最大刚度还有测球的球度。

     测杆材料的选择也很重要，测杆必须设计具有最大的刚性，这样即使测量时测杆弯曲至最低也不会被折断。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；最后当组合测针时，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最大允许范围。

（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最大刚度、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，那就要首选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。