三坐標(biāo)測量機的測量精度和工作效率與測針的校準(zhǔn)和選擇緊密關(guān)聯(lián)，在進行測量工作之前必須要合理的選擇測針和對測針準(zhǔn)確的校準(zhǔn)，因為測針的測球有自己的尺寸，而測量零件的不同位置可能是用測球的不同位置去接觸零件的，因此，測量的數(shù)據(jù)中含有測球自己的數(shù)值，而測針校準(zhǔn)就是測量測球自己尺寸大小的過程。特別是校準(zhǔn)不同長度和位置的測針時測球校準(zhǔn)結(jié)果球度誤差的大小對測量結(jié)果的影響至關(guān)重要。本文主要論述了三坐標(biāo)測量機測針校準(zhǔn)的原理和校準(zhǔn)過程中應(yīng)注意的問題以及合理選擇測針的原則。

一、測針校準(zhǔn)的原理

在測量采樣過程中，當(dāng)測針與被測件表面觸碰時，測頭系統(tǒng)就會有信號顯示，作為測量的瞄準(zhǔn)信號，進而通知計算機進行數(shù)據(jù)的采集，以得到得被測點的坐標(biāo)值。此外，由于測量機通過測頭系統(tǒng)進行探測，得到的點位坐標(biāo)值是測球ZX的坐標(biāo)值，為了獲得被測工件的實際尺寸，還需加上或減去測球的動態(tài)直徑值。

進入測頭校準(zhǔn)程序后，對標(biāo)準(zhǔn)球進行測量，測量方法與幾何元素測量程序中的球的測量方法一樣，當(dāng)采點數(shù)量達到要求時，測量程序會自動對測量點進行計算處理，將處理后的測頭校準(zhǔn)結(jié)果，自動返回到測頭校準(zhǔn)對話框界面中。在按下回車按鍵后，校準(zhǔn)后的測頭數(shù)據(jù)將作為修正值用于后續(xù)的應(yīng)用數(shù)據(jù)處理中。基準(zhǔn)后的測頭數(shù)據(jù)包括測頭半徑及球度誤差還有測球ZX相對于零號測頭ZX的坐標(biāo)值。

二、校準(zhǔn)測針時，需注意的問題

(1)測前準(zhǔn)備。

根據(jù)工件的測量范圍以及需要測量的方向和位置，首先確定所需用的測針組合，包括測針的直徑、數(shù)量、方向和是否加裝接長桿，盡量不在測量過程中更換測針。

(2)檢測校準(zhǔn)。

測針校準(zhǔn)時，應(yīng)使所選測針在標(biāo)準(zhǔn)球的軸向Zda直徑處分別接觸測量，以提高測針校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。注意觀察校準(zhǔn)后測針的直徑和校準(zhǔn)時的形狀誤差，如果有較大變化，就需要查找原因。需要進行6次以上的校準(zhǔn)，觀察其校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性數(shù)據(jù)，以統(tǒng)計原理求出標(biāo)準(zhǔn)偏差進行分析。

(3)重復(fù)校準(zhǔn)。

單個測針位置校準(zhǔn)，需要觀察測針直徑和球度誤差，三坐標(biāo)測針直徑應(yīng)與平時校準(zhǔn)相近且重復(fù)性好，球度誤差也小，多個測頭位置校準(zhǔn)時，除要觀察以上結(jié)果外，還要用校準(zhǔn)后的各個位置的測針測量標(biāo)準(zhǔn)球，觀察球心坐標(biāo)值的變化，數(shù)值應(yīng)與示值誤差或探測誤差相近。 如果變化范圍在 (1 ～ 3)μm 之間，就算正常。否則，就要重新檢查測頭、測座、接長桿、標(biāo)準(zhǔn)球的安裝是否穩(wěn)固、可靠。

(4)測針更換。

因為測針長度是測頭自動校準(zhǔn)的重要參數(shù)，如果自動更換校準(zhǔn)錯誤，就會造成測針的非正常碰撞，輕者碰壞測針，重則造成測頭(傳感器)損壞。測針更換過程中如果測頭艙盒偏離原來位置，可以初始化測針架坐標(biāo)系再重新建立，如果測頭太重，失去平衡，可以在測頭的相反方向嘗試加配重塊來解決。

(5)標(biāo)準(zhǔn)球直徑。

標(biāo)準(zhǔn)球具有極好的圓度誤差，校準(zhǔn)過程中以該直徑值作為標(biāo)準(zhǔn)。一定要正確輸入標(biāo)準(zhǔn)球的理論直徑。根據(jù)前面測針校準(zhǔn)的原理可以看出標(biāo)準(zhǔn)球理論直徑數(shù)值將直接影響測針校準(zhǔn)的球度誤差，必須使軟件得到三坐標(biāo)測量機測球的“等效直徑”，自動進行測球半徑的補償。

三、合理選擇校準(zhǔn)過的測針

在使用過程中影響測量結(jié)果的因素除了環(huán)境因素和三坐標(biāo)測量機自身的計量特性外，還與測針的選擇有著密切的關(guān)系。我們要選擇測針的大小和類型，其實就是在選擇測針的Zda剛度還有測球的球度。

測桿材料的選擇也很重要，測桿必須設(shè)計具有Zda的剛性，這樣即使測量時測桿彎曲至Zdi也不會被折斷。還要兼顧選擇盡可能短的測針，測桿越長精度就越低，應(yīng)當(dāng)減少測針組合的件數(shù)，測球的直徑也要盡可能選大一點，這樣不但可以增大測球和測針桿之間的距離，還可以減少測針桿的碰撞;Z后當(dāng)組合測針時，還要考慮測頭的生產(chǎn)廠家所規(guī)定的測針長度和測針重量的Zda允許范圍。

(1)測球的選擇。

優(yōu)先選擇球徑較大的測針，測球直徑大就會減小被測表面紋路粗糙對精度造成的影響，測球直徑越大，圓度就越好，測桿就越粗，測力變形也就越小，其曲面半徑就大一些，接觸變形就會更小，球徑與測針桿之差也就越大，在測量工件時碰到測桿的機率就比小球徑的測針要小得多。

(2)測桿的選擇。

測量精度隨著測桿長度的增加而降低因此要盡量選擇具有Zda剛度、盡可能短而粗的測桿才是正確的做法。雖然測桿并不會直接引起特定的誤差，但測桿長度會將誤差放大。測桿的撓性也會放大預(yù)行程的變化。陶瓷測桿通常可用于既需要剛性好，又要求重量輕的測量任務(wù)。同樣，碳纖維通常也可用于制造很長的測桿。

(3)連接點的選擇。

由于測針與加長桿連接在一起時會引入了微觀彎曲和變形點，因此在配置測針時應(yīng)該盡量減少連接點，盡可能減少接長桿的連接數(shù)目以減小累積誤差。

(4)測量孔徑時的選擇。

對于 10mm 以上的孔徑，要是孔不長，用 φ2、φ3、φ4mm 的測針都是一樣的，要是孔很長且要打全的話，那就要shou選 4mm 的測針了，這樣測就不容易碰桿。另外 , 測量平面度時為減少表面微觀不平度的影響，也要優(yōu)先選擇大球徑測針。

(5)測頭的校正。

測頭校正是保證測量精度的基礎(chǔ)，在測頭校正過程中引起誤差的主要因素有：測桿的彎曲變形，測頭校正時觸測點位置，測力，觸測速度和探測距離等，測力越小精度越低，應(yīng)選用一定的測力和測速進行校正，同時選用合適的探測距離，以保證校正精度。

四、結(jié)束語

通過對三坐標(biāo)測量機測針校準(zhǔn)的原理，和校準(zhǔn)過程中需要注意的5 個常見問題的分析論述，筆者認為測頭系統(tǒng)是測量機的關(guān)鍵部件，對于測量機的功能、準(zhǔn)確度、效率等影響極大。進行有效探測的關(guān)鍵因素就是如何正確的校準(zhǔn)測針和在不同的測量任務(wù)中合理的選擇測針。如果在后續(xù)測量過程中發(fā)現(xiàn)問題就會增加較大的工作量，也不利于提高測量效率。