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黃山三坐標測量機標準球的原理

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第一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距離)，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最大范圍內觸測5點以上(一般推薦在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之一。

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。

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。