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测杆和测球对三坐标测量机精度的影响

文章出处:人气: 发表时间:2017-10-24 16:08:55
  测杆和测球是三坐标测量机的传感器与被测工件表面的关键连结环节。如果对于特定的测量任务选用了不合适的测杆和测球,就可能导致测量结果的不确定性和不一致性。为了实现三坐标测量精度的最优化,在选择测杆和测球时必须考虑周全。
 
 
 
1、测球的圆度
  大多数三坐标测杆顶端的测球都采用人造红宝石球。测球的圆度误差可能会使三坐标损失高达10%的潜在测量精度。红宝石测球的制造精度水平是用等级来定义的,而一个测球的等级取决于其相对于理想球体的最大偏差。最常用的两种测球等级为5级和10级(其球度误差分别为 0.13μm和0.25μm)。尽管从使用5级测球改为使用10级测球可以节约一些成本,但有可能会危及到普遍接受的三坐标测量不确定度与形状公差5∶1 之比。虽然符合标准的5级测球可能成本稍贵一些,但与可能使一个合格零件报废或使一个不合格零件蒙混过关相比,这种成本代价显得微不足道。
 
2、测球的材料
测球的材料
  虽然红宝石是最常用的测球材料,但其他材料可能更适合进行接触扫描测量。在扫描测量时,测球沿着工件表面滑行,会产生摩擦磨损。在极端情况下,这种长期接触可能会导致测球材料从球上被磨除(磨粒磨损),或工件材料被粘着到测球上(粘结磨损)。无论哪一种情况,都会影响测球的圆度。当测球的某一部位与工件经常保持接触时,这种圆度误差就会不断增大。
     在扫描测量某些材料(如铸铁)表面时,可能会发生磨粒磨损。残留的微小颗粒可能会导致测球和工件表面被轻微划伤,从而在测球上形成一个微小“平面”。对于此类测量,硬度更高的氧化锆测球是一种不错的选择。粘结磨损通常发生在测球材料与工件材料具有化学亲和力的情况下,在用人造红宝石测球扫描测量铝件时较为常见,因为人造红宝石的主要成分是氧化铝。从相对较软的铝件上转移到测球上的材料可能生成一层“涂层”,从而降低测球的圆度精度。在这种情况下,氮化硅测球是更好的选择,因为这种材料具有良好的耐磨性,而且对铝没有亲合力。
 
3、测杆的挠曲
  测量精度随着测杆长度的增加而降低,因此长测杆并不适合测量所有的工件特征(事实上,采用具有最大刚度、尽可能短的测杆才是正确的做法)。虽然测杆并不会直接引起这种特定的误差,但测杆长度会将误差放大。当测头从不同的方向与工件接触时,因触发所需要的测量力不同,就会引起预行程的变化,从而产生这种误差。用标准圆对测头进行校准可以减小这种预行程误差,但并不能完全消除它。
  测杆的挠性会放大预行程的变化。虽然钢也适合制造一些短测杆,但硬质合金是刚性最好的测杆材料。然而,由于硬质合金密度大,因此不适合用于长测杆。陶瓷测杆通常可用于既需要刚性好,又要求重量轻的测量任务。同样,碳纤维通常也可用于制造很长的测杆。
 
4、热稳定性
  温度波动可能会引起很大的三坐标测量误差。选用适当的接长杆材料,就能在环境条件发生变化的情况下,获得更好的稳定性,提供一致性更好的测量结果。具有低热胀系数的材料是首选的测杆材料(尤其是在使用长测杆时),因为热膨胀量取决于长度。碳纤维是最常用的长测杆和接长杆材料,因为这种材料既硬又轻。钛合金兼具良好的强度、稳定性和密度,非常适合用于制造测杆的金属零件(如接头和活动关节)。
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