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三次元|三坐标测量机测头的校正

三坐标测量机在进行测量工作前要进行测头校正，这是进行测量前必须要做的一个非常重要的工作步骤，因为测头校正中的误差将加入到以后的零件测量中。而在触发式测头校正后的测针宝石球直径要比其名义值小，这使许多操作员感到奇怪，但是要解释原因，可不是一两句话能说清楚的。让我们从校正测头的原理说起。

1、为什么要校正测头：

校正测头主要有两个原因：为了得到测针的红宝石球的补偿直径和不同测针位置与*个测针位置之间的关系。三坐标测量机在进行测量时，是用测针的宝石球接触被测零件的测量部位，此时测头(传感器)发出触测信号，该信号进入计数系统后，将此刻的光栅计数器锁存并送往计算机，工作中的测量软件就收到一个由 X、Y、Z坐标表示的点。这个坐标点我们可以理解为是测针宝石球中心的坐标，它与我们真正需要的测针宝石球与工件接触点相差一个宝石球半径。为了准确计算出我们所要的接触点坐标，必须通过测头校正得到测针宝石球的半/直径。在实际测量工作中，零件是不能随意搬动和翻转的，为了便于测量，需要根据实际情况选择测头位置和长度、形状不同的测针(星形、柱形、针形)。为了使这些不同的测头位置、不同的测针所测量的元素能够直接进行计算，要把它们之间的关系测量出来，在计算时进行换算。所以需要进行测头校正。

2、测头校正的原理：

测头校正主要使用标准球进行。标准球的直径在 10mm 至 50mm 之间，其直径和形状误差经过校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。测头校正前需要对测头进行定义，根据测量软件要求，选择(输入)测座、测头、加长杆、测针、标准球直径(是标准球校准后的实际直径值)等(有的软件要输入测针到测座中心离)，同时要分别定义能够区别其不同角度、位置或长度的测头编号。 用手动、操纵杆、自动方式在标准球的*范围内触测 5 点以上(一般在 7～11 点)，点的分布要均匀。计算机软件在收到这些点后(宝石球中心坐标 X、Y、Z 值)，进行球的拟合计算，得出拟合球的球心坐标、直径和形状误差。将拟合球的直径减去标准球的直径，就得出校正后测针宝石球“直径”(确切的讲应该是“校正值”或“校正直径”)。 当其他不同角度、位置或不同长度的测针按照以上方法校正后，由各拟合球中心点坐标差别，就得出各测头之间的位置关系，由软件生成测头关系矩阵。当我们使用不同角度、位置和长度的测针测量同一个零件不同部位

的元素时，测量软件都把它们转换到同一个测头号(通常是 1 号测头)上，就象一个测头测量的一样。凡是在经过在同一标准球上(未更换位置的)校正的测头，都能准确实现这种自动转换。

3、校正值比名义值小的原因：

在了解测头校正的原理后，我们就很容易解释测针校正值比名义值小的原因了。

a、触发式测头在原理上相当于是杠杆结构。触测时，必须使传感器能够触发(相当于开关断开)才能发出信号。由于测针(力臂)有一定的长度，所以在测针的宝石球接触标准球后，还要运行一段距离，才能使传感器触发，测针越长这段距离越大。因此造成触发信号的延迟，使拟合球的直径小于宝石球直径和标准球直径之和。当软件把拟合球的直径减去标准球直径(已输入)后，我们得到的校正后测针的“校正直径”就比其名义值小。

b、测针在触测过程中，会有稍许变形，加大了信号的延迟，也是造成这种现象的原因。

c、传感器(测头)的触发信号到达计数器，需要的时间是固定的。但是在这段时间内光栅读数的变化率，与测量机的触测速度有关。触测速度快时，测针的“校正直径”就小。

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4、校正测头要注意的问题：

测针校正后的“校正直径”小于名义值，不会影响测量机的测量精度。相反，还会对触测的延时和测针的变形起到补偿的作用，因为我们在测量机测量过程中测量软件对测针宝石球半径的修正(把测针宝石球中心点的坐标换算到触测点的坐标)，使用的是“校正直径”而不是名义直径。在进行测头校正时，应该注意以下问题：

1)、测座、测头(传感器)、加长杆、测针、标准球要安装可靠、牢固，不能松动，有间隙。检查了安装的测针、标准球是否牢固后，要擦拭测针和标准球上的手印和污渍，保持测针和标准球清洁。

2)、校正测头时，测量速度应与测量时的速度一致。注意观察校正后测针的直径(是否与以前同样长度时的校正结果有大偏差)和校正时的形状误差。如果有很大变化，则要查找原因或清洁标准球和测针。重复进行 2 至 3 次校正，观察其结果的重复程度。检查了测头、测针、标准球是否安装牢固，同时也检查了机器的工作状态。

3)、当需要进行多个测头角度、位置或不同测针长度的测头校正时，校正后一定要检查校正效果(准确性)。方法是：全部定义的测头校正后，使用测球功能，用校正后的全部测头依次测量标准球，观察球心坐标的变化，如果有 1 至 2 个微米变化，是正常的。如果变化比较大，则要检查测座、测头、加长杆、测针、标准球的安装是否有牢固，这是造成这种现象的重要原因。

4)、更换测(不同的软件方法不同)，因为测针长度是测头自动校正的重要参数，如果出现错误，会造成测针的非正常碰撞，轻者碰坏测针，重则造成测头损坏。一定要注意。

5)、正确输入标准球直径。从以上所述的校正测头的原理中可以得知，标准球直径值直接影响测针宝石球直径的校正值。虽然这是一个“小概率事件”，但是对初学者来说，这是可能发生的。三坐标测量机的测头校正是测量过程中的重要环节，在校正中产生的误差将加入到测量结果中，尤其是使用组合测头(多测头角度、位置和测针长度)时，校正的准确性特别重要。当发现问题再重新检查测头校正的效果，会浪费宝贵的时间和增加大量的工作量。

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