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三次元|三坐標測量機測頭的校正

三坐標測量機在進行測量工作前要進行測頭校正，這是進行測量前必須要做的一個非常重要的工作步驟，因為測頭校正中的誤差將加入到以后的零件測量中。而在觸發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原因：為了得到測針的紅寶石球的補償直徑和不同測針位置與*個測針位置之間的關系。三坐標測量機在進行測量時，是用測針的寶石球接觸被測零件的測量部位，此時測頭(傳感器)發出觸測信號，該信號進入計數系統后，將此刻的光柵計數器鎖存并送往計算機，工作中的測量軟件就收到一個由 X、Y、Z坐標表示的點。這個坐標點我們可以理解為是測針寶石球中心的坐標，它與我們真正需要的測針寶石球與工件接觸點相差一個寶石球半徑。為了準確計算出我們所要的接觸點坐標，必須通過測頭校正得到測針寶石球的半/直徑。在實際測量工作中，零件是不能隨意搬動和翻轉的，為了便于測量，需要根據實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、不同的測針所測量的元素能夠直接進行計算，要把它們之間的關系測量出來，在計算時進行換算。所以需要進行測頭校正。

2、測頭校正的原理：

測頭校正主要使用標準球進行。標準球的直徑在 10mm 至 50mm 之間，其直徑和形狀誤差經過校準(廠家配置的標準球均有校準證書)。測頭校正前需要對測頭進行定義，根據測量軟件要求，選擇(輸入)測座、測頭、加長桿、測針、標準球直徑(是標準球校準后的實際直徑值)等(有的軟件要輸入測針到測座中心離)，同時要分別定義能夠區別其不同角度、位置或長度的測頭編號。 用手動、操縱桿、自動方式在標準球的*范圍內觸測 5 點以上(一般在 7～11 點)，點的分布要均勻。計算機軟件在收到這些點后(寶石球中心坐標 X、Y、Z 值)，進行球的擬合計算，得出擬合球的球心坐標、直徑和形狀誤差。將擬合球的直徑減去標準球的直徑，就得出校正后測針寶石球“直徑”(確切的講應該是“校正值”或“校正直徑”)。 當其他不同角度、位置或不同長度的測針按照以上方法校正后，由各擬合球中心點坐標差別，就得出各測頭之間的位置關系，由軟件生成測頭關系矩陣。當我們使用不同角度、位置和長度的測針測量同一個零件不同部位

的元素時，測量軟件都把它們轉換到同一個測頭號(通常是 1 號測頭)上，就象一個測頭測量的一樣。凡是在經過在同一標準球上(未更換位置的)校正的測頭，都能準確實現這種自動轉換。

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、觸發式測頭在原理上相當于是杠桿結構。觸測時，必須使傳感器能夠觸發(相當于開關斷開)才能發出信號。由于測針(力臂)有一定的長度，所以在測針的寶石球接觸標準球后，還要運行一段距離，才能使傳感器觸發，測針越長這段距離越大。因此造成觸發信號的延遲，使擬合球的直徑小于寶石球直徑和標準球直徑之和。當軟件把擬合球的直徑減去標準球直徑(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，會有稍許變形，加大了信號的延遲，也是造成這種現象的原因。

c、傳感器(測頭)的觸發信號到達計數器，需要的時間是固定的。但是在這段時間內光柵讀數的變化率，與測量機的觸測速度有關。觸測速度快時，測針的“校正直徑”就小。

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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，不會影響測量機的測量精度。相反，還會對觸測的延時和測針的變形起到補償的作用，因為我們在測量機測量過程中測量軟件對測針寶石球半徑的修正(把測針寶石球中心點的坐標換算到觸測點的坐標)，使用的是“校正直徑”而不是名義直徑。在進行測頭校正時，應該注意以下問題：

1)、測座、測頭(傳感器)、加長桿、測針、標準球要安裝可靠、牢固，不能松動，有間隙。檢查了安裝的測針、標準球是否牢固后，要擦拭測針和標準球上的手印和污漬，保持測針和標準球清潔。

2)、校正測頭時，測量速度應與測量時的速度一致。注意觀察校正后測針的直徑(是否與以前同樣長度時的校正結果有大偏差)和校正時的形狀誤差。如果有很大變化，則要查找原因或清潔標準球和測針。重復進行 2 至 3 次校正，觀察其結果的重復程度。檢查了測頭、測針、標準球是否安裝牢固，同時也檢查了機器的工作狀態。

3)、當需要進行多個測頭角度、位置或不同測針長度的測頭校正時，校正后一定要檢查校正效果(準確性)。方法是：全部定義的測頭校正后，使用測球功能，用校正后的全部測頭依次測量標準球，觀察球心坐標的變化，如果有 1 至 2 個微米變化，是正常的。如果變化比較大，則要檢查測座、測頭、加長桿、測針、標準球的安裝是否有牢固，這是造成這種現象的重要原因。

4)、更換測(不同的軟件方法不同)，因為測針長度是測頭自動校正的重要參數，如果出現錯誤，會造成測針的非正常碰撞，輕者碰壞測針，重則造成測頭損壞。一定要注意。

5)、正確輸入標準球直徑。從以上所述的校正測頭的原理中可以得知，標準球直徑值直接影響測針寶石球直徑的校正值。雖然這是一個“小概率事件”，但是對初學者來說，這是可能發生的。三坐標測量機的測頭校正是測量過程中的重要環節，在校正中產生的誤差將加入到測量結果中，尤其是使用組合測頭(多測頭角度、位置和測針長度)時，校正的準確性特別重要。當發現問題再重新檢查測頭校正的效果，會浪費寶貴的時間和增加大量的工作量。

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