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测针冷知识
发布日期:2021-09-09

肉眼看上去完好的测球,为何测量结果会存在偏差?

钻石比红宝石测球更具性价比?

测球掉落有时候是在保证测量结果的可靠性?

测球测杆又有几种连接方式?






在几何坐标测量技术这门学科中,测量重复性对于测量结果非常重要,而影响三坐标测量重复性的因素有很多。其中包括设备精度、环境温度与湿度、校准以及探针系统等。但在大多数的情况下,是探针系统本身。


 # 探针系统是如何影响到测量重复性的呢?

一个探针系统通常包含这样几个部分:

  • 测针—最先接触到工件的部分

  • 加长杆—方便测量难以接近的区域

  • 吸盘—与测头直接相连的部分

  • 连接件—使测针与加长杆相连组成探针系统


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一个理想的探针系统需要尽量少的连接点、尽可能大的刚性、尽可能轻的质量、尽可能小的温度敏感性


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首先,测针作为接触工件的部分,由测针座、测杆和测球三部分组成。红宝石测球是最常见的测球种类。


左下图,当三坐标使用转台旋转测量时,测针固定不动、同一点接触工件表面进行测量,即使测球的圆度不是最佳的,但是测量结果也并未因此出现偏差。右下图,当工件固定使用测针移动来测量时,可以发现由于测球的圆度偏差所导致的测量结果误差。由此我们知道,为了取得高精度测量需要高精度的测球。

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下表中精度等级数字越小代表精度越高,最大圆度偏差值越小。蔡司通常采用5级精度的测球,5级测球精度范围在0.07μm到0.16μm之间能满足绝大多数测量需求。当然,对于更高要求的测量,蔡司也提供了更高精度等级的测球。


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其次,测球的材质也是影响测量的关键因素之一。一方面,红宝石测球在使用一段时间后会因扫描较硬的工件产生磨损,圆度变差,精度降低。另一方面,扫描较软的铝合金材质又会在红宝石测球表面产生“沉积”同样造成圆度变差,精度降低。

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为了避免上述问题保证测量结果的准确性,蔡司推出了钻石测针。通过红宝石和钻石的对比可以明显看出不论是测球的磨损或者沉积,随着时间的推移,扫描距离的增加,红宝石测球的精度都有明显下降,而钻石测球则没有这些问题基本维持了一开始的精度不变。

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我们可以得出结论,为了防止额外的测量不确定性,节省费时的检查、清洁、更换和重新校准工作。特别是测量超硬陶瓷表面或极软铝合金工件时,钻石测针比红宝石测针具有更长的使用寿命,从长远来看可以节省时间和人力成本。


此外,测球和测杆的连接方式也极为重要。以下三种连接方式分别是焊接、杯连接和栓连接。焊接就是测球通过焊接方式安装在测杆上。杯连接是借助特殊胶水使测球黏合在测杆上,杯连接和焊接基本是相同的,但是焊接的测针具有较高的刚性。栓连接是三种连接中最容易出现问题的连接方式,一方面栓连接需要在测球上钻孔,易对测球产生不利影响;另一方面由于栓没有定位点会导致例如多余黏胶等问题。

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如果测针在测量时被撞击,焊接和杯连接的测球会掉落把撞击的问题显现出来,你可以很容易的发现测针的损坏而更换掉不良的测针,从而保证测量结果的可靠性。但是栓连接的测球受撞击后并不会因此掉落而是可能发生了肉眼看不见的偏移,用这样的测针继续测量得到的结果与真实值之间会有较大偏差,极大的影响了测量结果的可靠性,而你很难察觉这个问题。


你需要将栓连接的测针在环规等检具上进行一些比较测量,发现测量结果可重复性差且与校准值偏差较大才能得出测针已经损坏的事实。基于以上原因,蔡司测针采用的是杯连接的方式。

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另一个常见的错误是测杆探测,即测杆代替了测球接触到了工件采集了测量信息。这很危险,因为测头传感器无法分辨这个采集的信号是来自测杆还是测球,在发生错误探测时,不会有任何错误报警。这也是测量时必须要仔细观察的原因,检查测杆在任何探测或扫描点时是否都没有接触到工件。这也可能会发生在你使用非常小的测针与测球时,因为小的测针更容易被折弯,出现测杆探测的风险就会变得更高。


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