使用三坐标测量前的测头校正-电子工程世界

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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第一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距离)，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最大范围内触测5点以上(一般推荐在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之一。

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。

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3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。(end)

关键字：三坐标测量测头校正零件测量引用地址：使用三坐标测量前的测头校正

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