标签：误差 测量机 校准 测针 测量 7.1 坐标 RationalDMIS
RationalDMIS检查程序中的测头文件、测针角度是否存在,自动添加程序运行需要的角度。
在机件加工中，必须对产品进行检验，以确保产品尺寸误差处于合理范围内，符合装配要求。
测量误差是客观存在的，不管仪器究竟有多高的精度也无法消除，三坐标测量机是机件产品检验中常用的高精度测量设备，同样存在一定的误差。人造仪器的测量误差问题无法消除，但是可以通过各种方法来降低，使机器的装配不受误差的影响。
测针对精密测量的重要性
近年来质量保证标准不断完善和提高。只有具备超强的生产过程稳定性和卓越的品质-而且要越快越好，企业才能保持竞争力。质量保证和坐标测量技术在这些过程中发挥着关键作用。
什么是测针？
原则上，测针就是坐标测量机的“刀具”，就像车刀与车床、铣刀和镗刀与铣床的关系一样。
用接触式测头进行测量时，机床使用测针采集工件表面上的数据点。
每一次触发所生成的点都用X、Y和Z坐标值定义。然后通过这些点计算出特征、尺寸、形状及位置。
与之不同，扫描测头沿着工件表面采集连续的数据点。功能强大的软件利用这些数据计算工件上特征的尺寸、位置和形状。
1三坐标测量机误差来源与测针校准原理
1.1三坐标测量机误差主要来源
三坐标测量机的误差类型可以分为两个大类，一是静态误差，二是动态误差，二者的区别在于前者是在短期内始终处于某一个稳定水平，不会发生太大的波动只有在时间跨度足够长的时候，才会因为硬件磨损等原因发生较大的变化。后者则主要是由于观测者视觉以及外界不断变化的环境等因素所造成的误差，在短期内就会随着时间的流动而发生大幅度的波动。
静态误差的产生源于仪器的制造过程以及设备结构的区别，在制造过程中，总会混入影响仪器精密度的因素，因此每一台仪器基于仪器制造所发生的静态误差都有所差别，同时，三坐标测量机最重要的部件就是测针，测针的磨损也会引起静态误差的产生。不同仪器的设备结构会由于外部因素的瞬间影响而产生差别，这种外来影响因素的存在时间极其短暂，变化性不大，但是它所造成的静态误差仍然会严重影响测量精度。在观测员以标准方法进行观测的情况下，仪器的静态误差值通常大于动态误差的初值，但是动态误差值会由于时间发展而发生变化，通常都会增长到超越静态误差的程度。在三坐标测量机测量当中，其测头测针存在磨损现象，此时就会形成静态误差。
动态误差来源相对于静态误差而言更广泛，外部环境的变动会引起相应的动态误差的产生，例如，随着时间发展，灰尘、仪器温度等会发生积累和相对升高，相应地，三坐标测量机的误差值也会因此而有所提升12。同时人为因素也有可能造成相应的动态误差。包括观测者的视觉上的差异、观测方法和习惯等因素都有可能影响到测量的精度。此外值得注意的是，静态误差在一定意义上也具有时间性，不过其产生差异所需要的时间跨度更长，例如上文所述的测针会随着时间发生磨损，导致仪器精度下降。
1.2测针校准原理
进行机件的测量采样时，测针与待测机件表面接触，产生并通过线路将接触信号传往测头系统，计算机通过对测头系统的信号进行采集从而得到测点坐标，这是三左边测量机的基本工作原理。相对而言，测针的校准更为复杂，进入测头校准程序后，测量机使用与几何元素测量程序中球体测量相同的方法自动测量标准球，当采点数达到要求时，测量程序自动完成测点的校准处理，并将处理结果返还测头校准对话界面，确认后将作为修正值用于后续数据处理工作中，校准后的数据分为三项：测头半径、球度误差、测球中心相对于零号测头中心的坐标值。
测针是坐标测量机和工件之间的第一个连结环节
2三坐标测量机测针校准要点分析
2.1测前准备
在进行测量前，根据不同的待测机件和测量要求，确定测针组合，在测量过程中如果更换测针会产生极大的误差，因此测前应对测针组合进行测前检查，检查内容包括测针直径、刚度、长度、方向以及测杆长度、粗细等各方面的误差影响因素，多测针测量时，测针的位置也会引起一定的误差。
2.2校准
标定测针
在开始测量前，针对所有测量步骤对测针进行精确标定至关重要。如果要获得精确的测量结果，必须确定测头组件的有效尺寸。这些值保存在坐标测量机的数据处理器中。
为了提高检测校准的精确度，对测针的校准应当以测针与标准球轴线的最大直径的接触点为校准参照点，进行检测校准还要注意校准前后测针直径的误差。单个测针位置校准的要点主要是对两项数据的观察，即测针直径以及与之相关的球度误差，测针直径应当与平时校准的数值相近并且具有良好的重复性，这样才能使球度误差保持在相对更小的范围内。在单个测针校准完毕后，进行多个测针位置的校准，多个测针的位置校准除了需要观察测针直径和球度误差，还要使用校准后的测针进行标准球测量并得出的球心坐标值，比较其与原记录值的差别，其数值与示值误差或探测误差超过3um则存在异常，存在异常的情况下要重新对测头、所测量的标准球的稳固性等进行检查，变化较大的寻找原因并解决问题，发生测针损坏的，应当对损坏的测针进行更换，然后才能重新开始测量。同时，进行误差得重复校准是有必要的，通过运用统计学原理对多次测量所得数据进行分析，从而得出更精确的结果。
结果
测量时测头标定程序确定了测尖的有效直径、测头和测针两者之间及机器坐标系的相对位置。
第一个被标定的测针球头的球心坐标被作为参考坐标存储在坐标测量机的数据处理器中。
所有其它测尖位置也通过生成与第一个位置的差值被存储为测球球心坐标。
测针配置的各个测尖一旦被标定，其中心点就会被坐标测量机软件补偿，这样所有测针的测量都会像用同一根测针完成的一样。
这说明不论您用哪一根测针测量-个点，始终会得到相同的结果。
2.3标准球的直径
标准球的测量数据是测量机件所得数据的参照物，由于其具有良好的球度误差，测针校准过程应当始终以该球体的直径为标准，测针校准的球度误差会受到标准球数据的直接影响，所以，应当运用软件标准球的等效直径测出，以进行测球半径的补偿。
3三坐标测量机测针选择分析
3.1测针的选用
三坐标测量机的测针选择应当根据具体情况而定，所选择的测针必须是经过校准的，在测量过程中，除了外部环境因素和仪器精度等因素，测针的选择也会影响测量误差。不同测针具有不同的最大刚度，所适应的球度也不一样，在测针的选择中，选取球体直径较大的测针有助于降低标准球表面粗糙度对精度造成的影响，同时，测球的直径越大，球度越好，同时，球径与测针杆之差也就越大，在测量工件时碰到测杆的机率就比小球径的测针要小得多。
工件的几何形状决定了测针组件的选择
测针必须很容易到达工件的所有测量点。您在选择测针组件时一定要非常谨慎，使其对每一个被测特征都能达到所需的测量标准和测量能力。
可旋转的测针
这是一种夹紧机构，可用于将测针调整到所需的角度。
主要应用：
对于斜面和斜孔，此配置灵活性强，测尖可与不同的特征接触，无需更换测针。
盘形测针
这些测针是高球度测球的“截面"，有多种直径和厚度可选。盘形测针安装在栓上，材质为钢、陶瓷或红宝石。全方向旋转调整及添加中心测针的功能是盘形测针系列的特点。这使测针灵活性极强且易于使用。
主要应用：
这类测针用于检测星形测针无法触及的孔内退刀槽和凹槽。用简易盘形测针的“球形边缘”进行检测与以大直径测球的外圆或其附近进行检测同样有效。但该测球表面只有一小部分能够接触，因此为确保与待测目标有良好接触，需要对较薄的盘形测针进行角度调整。
陶瓷半球形测针
优势在于有效测球直径大而重量极小。
主要应用：
用于测量深位特征和孔。还适合接触粗糙表面，因为粗糙度被大直径表面机械地过滤掉了。
3.2测杆的选用
相对更粗的测杆在应力作用下的变形会更小，测量精度就越高，但是测量精度还受到测杆长度的影响，测杆长度越长，测量精度反而越低，长测杆会起到放大误差的作用，这是由其挠性导致测杆预行程的改变所导致的必然结果。所以对于测杆的选用，首先要求测杆刚度应当足够大，其次是其长度和粗细的要求，应当尽可能使测杆更粗，长度更短。在具体的测杆选择用中应当根据需要使用不同性质的测杆。
3.3测头校正
测头校正工作中能够引起测量误差的因素有：测杆挠性、触点位置、测量速度以及距离等，在实际测量过程中应当按照合适的参数进行测头校正，保障测量精度。
3.4接长杆时连接点的选择
测针长度不足时需要连接长杆，这时会在双方的连接点位置上产生应力变形点，还有肉眼不可视的微观弯曲，这两个变化会严重影响测量的精度，所以在配置测针时，如果可以不连接长杆，尽量不要使用接长杆，降低由此产生的累积误差。
主要应用：
加长杆用于测量极深的特征和孔，或测量难以到达的点。
3.5测孔径工作中测针的选择
孔径长度较短时，测针直径不会有太大的精度影响，但是如果所测孔长度大，则应当首先选用直径4mm的测针，减少碰杆引起的误差，同时对微观表面平整度不好的测件进行测量时，也要优先选择直径的测针。
三坐标测量机的自动化程度极高，因此能够将使用传统方法耗时数小时的待测机件的测量工作压缩到几分钟内完成，实现工作效率的极大提升。检测人员在三坐标测量机测量前，要对三坐标测量机的测针等进行校准，同时还应当选择合理的测针长度和直径，针对不同的待测机件，选用不同的测针，这些工作都应当在正式测量前应当认真做好，避免在测量过程中发现问题产生更多麻烦。
4.测杆材质
加长杆加长板材料参数与测针杆的相同。
5.挠曲刚性
测针杆必须设计具有极大的刚性。在测量过程中，测力不得造成测针过度弯曲，因为这会直接影响机器的测量不确定度，尤其是在所有空间方向同步测量的动态测量（扫描）
底线：测针应尽可能坚固！
6.测球精度（等级）
测球等级用于描述测球的精密度。精密度从48级（最低精密度）到3级（最高）。
Renishaw使用3级和5级测球。
圆度偏差（测球的形状缺陷）对测量有直接影响。
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