測球半徑補償誤差.

1、三坐標(biāo)測量機測頭的測球半徑補償誤差1950 年英國 FERRANTI 公司制造出第一臺數(shù)字式測頭移動型三坐標(biāo)測量機、 1973 年前西 德 OPTON 公司完成三維測頭設(shè)計并與電子計算機配套推出第一個三坐標(biāo)測量系統(tǒng)以來，經(jīng)過 幾十年的快速發(fā)展，坐標(biāo)測量技術(shù)已臻成熟，測量精度得到極大提高，測量軟件功能更加強大， 操作界面也日益完善， 生產(chǎn)廠家遍布全球， 開發(fā)出了適于不同用途的三坐標(biāo)測量機型。 幾十年的 發(fā)展充分證明，現(xiàn)代三坐標(biāo)測量系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的測量模式，具有通用、靈活、高效等特點，可 以通過計算機控制完成各種復(fù)雜零件的測量， 符合機械制造業(yè)中柔性自動化發(fā)展的需要， 能夠滿 足現(xiàn)代生產(chǎn)對測量技術(shù)

2、提出的高精度、高效率要求。除用于空間尺寸及形位誤差的測量外，應(yīng)用坐標(biāo)測量機對未知數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜曲面進(jìn)行測 量，提取復(fù)雜曲面的原始形狀信息，重構(gòu)被測曲面， 實現(xiàn)被測曲面的數(shù)字化， 不僅是坐標(biāo)測量機 應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，也是反求工程中的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來也得到快速發(fā)展。1 測頭的分類測量頭作為測量傳感器， 是坐標(biāo)測量系統(tǒng)中非常重要的部件。 三坐標(biāo)測量機的工作效率、 精 度與測量頭密切相關(guān)， 沒有先進(jìn)的測量頭， 就無法發(fā)揮測量機的卓越功能。 坐標(biāo)測量機的發(fā)展促 進(jìn)了新型測頭的研制， 新型測頭的開發(fā)又進(jìn)一步擴大了測量機的應(yīng)用范圍。 按測量方法， 可將測 頭分為接觸式 (觸發(fā)式) 和非接觸式兩大類。

3、觸發(fā)式測量頭又分為機械接觸式測頭和電氣接觸式 測頭； 非接觸式測頭則包括光學(xué)顯微鏡、 電視掃描頭及激光掃描頭等。 本文討論的重點為觸發(fā)式 測頭。(1)機械接觸式測頭接觸式測頭又稱為 “剛性測頭 ”、“硬測頭 ”，一般用于 “靜態(tài) ”測量，大多作為接觸元件使用。這 種測頭沒有傳感系統(tǒng)，無量程、不發(fā)訊，只是一個純機械式接觸頭。機械接觸式測頭主要用于手 動測量。由于人工直接操作，故測頭的測量力不易控制， 只適于作一般精度的測量。 由于其明顯 的缺點，目前這種測頭已很少使用。(2) 電氣接觸式測頭電氣接觸式測頭又稱為 “軟測頭 ”，適于動態(tài)測量。這種測頭作為測量傳感器，是唯一與工件 接觸的部件，每測量

4、一個點時，測頭傳感部分總有一個“接觸偏轉(zhuǎn)發(fā)訊回復(fù) ”的過程，測頭的測端與被測件接觸后可作偏移，傳感器輸出模擬位移量的信號。這種測頭不但可用于瞄準(zhǔn)(即過零發(fā)訊 )，還可用于測微 ( 即測出給定坐標(biāo)值的偏差值 )。因此按其功能， 電氣接觸式測頭又可分 為作瞄準(zhǔn)用的開關(guān)測頭和具有測微功能的三向測頭。電氣接觸式測頭是目前使用最多的測頭。2 測球半徑補償誤差(1)測針的選擇正確選擇和使用測頭是影響三坐標(biāo)測量機的測量精度的重要因素。 測針安裝在測頭上， 是測 量系統(tǒng)中直接接觸工件的部分， 它與測頭的通訊式連接渠道稱作觸發(fā)信號。 如何選用合適的測針 類型和規(guī)格取決于被測工件的特征， 但是在任何情況下， 測針

5、的剛性和測球的球度都是不可或缺 的。工業(yè)用紅寶石是高硬度的陶瓷材料， 紅寶石測球具有很好的球度， 測量時紅寶石測球的球頭以保證測針的剛性。 測磨損可忽略不計。 測針針桿一般用非磁性的不銹鋼針桿或碳鎢纖維針桿，球頭尺寸和測針有效工作針的有效工作長度 （EWL） 使得測針接觸工件時可獲得精確的測點位置。長度的選取取決于被測工件。可能的情況下， 選擇球頭直徑盡可能大、 測桿盡可能短的測針， 以 保證最大的球頭 /測桿距，獲得最佳的有效工作長度和測針剛性。需要時可加長測桿以增大探測 深度，但值得注意的是，使用測針加長桿會降低剛性，從而降低測量精度。（2）測球半徑補償誤差當(dāng)測針接觸到工件時， 三坐標(biāo)測量

6、機接收的的坐標(biāo)值應(yīng)是紅寶石球頭中心點坐標(biāo)， 顯然， 測 量軟件將自動沿著測針從接觸點回退的方向加上一個測球半徑值作為測量值。 但該測量值是一個 與測頭的機械慣性有關(guān)的動態(tài)值。 實際上， 測量作為一個動態(tài)過程， 其測量值應(yīng)該考慮到從測頭 采點到實際向系統(tǒng)傳送該點坐標(biāo)值時發(fā)生的機器空間移動距離。 盡管這個距離極小， 但對系統(tǒng)計 算動態(tài)尺寸有一定影響。在實際測量時， 每測量一個元素， 系統(tǒng)都可以自動區(qū)分測球半徑的補償方向， 計算正確的補 償半徑。 在采點開始后， 測量軟件將在沿著測針接觸工件的方向上對測球進(jìn)行半徑補償。 但被補 償點并非真正的接觸點， 而是測頭沿著測針接觸工件方向的延長線上的一個點。

7、 這樣就造成了補 償誤差，產(chǎn)生誤差的大小與測球的半徑及該工件被測面與笛卡爾坐標(biāo)軸的夾角有關(guān)，夾角越大， 誤差越大。測球半徑 r 對補償誤差的影響補償誤差S與測球半徑r成正比關(guān)系，即測球半徑r越小，補償誤差 S也越小。因此當(dāng)用三坐標(biāo)測量機進(jìn)行點位測量時，應(yīng)選用盡可能小的測球。測針軸線與被測表面法線間的夾角a對補償誤差的影響a等于0時，測球半徑補償誤差 S也為0。因此，測量使測頭沿著被測表面的法線方向移動， 以最大限度地減當(dāng)測針軸線與被測表面法線間的夾角 時要盡可能使測針軸線與被測表面垂直， 小測球半徑補償誤差。在用三坐標(biāo)測量機測量點元素時，誤差。通過運用參考坐標(biāo)系找正工件或用測量軟件在自動補償測

8、球半徑過程中會出現(xiàn)測球半徑補償CNC 模式進(jìn)行測量，使測頭沿著被測表面的法線方向 移動采集點的坐標(biāo)，可以盡量減小測球半徑補償誤差，正確進(jìn)行測球半徑補償，提高測量精度各類型測頭的用途使用范圍1. 球形測頭球形測頭的用途及特征：多用于尺寸 , 形象 , 坐標(biāo)測量等；球直徑一般為 0.3 8.0mm ，多樣使用；材料主要使用硬度高，耐 磨性強的工業(yè)用紅寶石。2. 星形測頭用于多形態(tài)的多樣工件測量； 同時校正并使用多個測頭，所以可以使測頭運動最小化，并測量側(cè)面的孔或槽等；使用和球形測頭一樣的 方法進(jìn)行校正。3. 圓柱形測頭適用于利用圓柱形的側(cè)面， 測量薄斷面間的尺寸 , 曲線形象 或加工的孔等； 只有圓柱形的斷面方向的測 量有效， 軸方向上測量困難的情況很多 （圓柱形的底部分加工成和圓柱形軸同心的球模樣時， 在軸方向上的 測量也可能 ） ；使用圓柱形測頭整體 （高度 ）時，圓柱形軸和三坐標(biāo)測量機軸要一致 （一般最好在同一斷面內(nèi) 進(jìn)行測量 ） 。4. 盤形測頭 在球的中心附近截斷做成的盤模樣的測頭；盤形斷面的形象因為是球，所以校正原理和球形測頭相同； 利用外側(cè)直徑部分或厚度部分進(jìn)行測量；適用于測量瓶頸面間的尺寸 , 槽的寬或形