三坐標(biāo)球頭測量系統(tǒng)誤差分析

王恩雙 徐連軍

摘 ?要：在三坐標(biāo)測量中，對于測量軟件中測頭系統(tǒng)補(bǔ)償誤差存在兩個觀點(diǎn)，其一，測量機(jī)廠家?？怂箍嫡J(rèn)為他們的補(bǔ)償系統(tǒng)誤差很小，對于我們公司現(xiàn)有產(chǎn)品的測量精度要求完全可以滿足，我們現(xiàn)在在測量中是打開測頭補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行測量的。其二，608所和西工大認(rèn)為測頭系統(tǒng)補(bǔ)償有一定的誤差，因此，他們在測量時關(guān)閉測頭補(bǔ)償系統(tǒng)。最近我們在測量葉輪中，有設(shè)計人員提出了測頭選取的大小會再一定的測量誤差，對零件的測量結(jié)果有一定的影響，針對這一問題我們決定進(jìn)行理論和實(shí)際的分析研究，得到確切的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo);測量;測頭;系統(tǒng);補(bǔ)償;誤差

1 現(xiàn)狀分析

在三坐標(biāo)測量中，對于測量軟件中測頭系統(tǒng)補(bǔ)償誤差存在兩個觀點(diǎn)，第一個觀點(diǎn)：測量機(jī)廠家?？怂箍嫡J(rèn)為其補(bǔ)償系統(tǒng)誤差很小，對于我們公司現(xiàn)有產(chǎn)品的測量精度要求完全可以滿足，我們現(xiàn)在在測量中是打開測頭補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行測量的;第二個觀點(diǎn)：608所和西工大認(rèn)為測頭系統(tǒng)補(bǔ)償有一定的誤差，所以在測量時關(guān)閉測頭補(bǔ)償系統(tǒng)。最近在測量葉輪中，有設(shè)計人員提出了測頭選取的大小會一定的測量誤差，對零件的測量結(jié)果有一定的影響，針對該問題，我們決定作以理論和實(shí)際的分析研究，得到確切的結(jié)論。

2 球頭補(bǔ)償原理

2.1 測頭的定義及校驗(yàn)

在對工件進(jìn)行檢測之前，需要對所使用的測桿進(jìn)行定義及校驗(yàn)。在PC-DMIS的測頭功能中按照實(shí)際采用的測桿配置進(jìn)行定義，并添加所用到的測頭角度。之后用標(biāo)準(zhǔn)球?qū)ζ溥M(jìn)行校驗(yàn)，得到正確的球徑和測頭角度。

2.2 校驗(yàn)測頭的目的

在進(jìn)行工件測量時，在程序中出現(xiàn)的數(shù)值是軟件記錄測桿紅寶石球心的位置，但實(shí)際是紅寶石球表面接觸工件，這就需要對實(shí)際的接觸點(diǎn)與軟件記錄的位置沿著測點(diǎn)矢量方向進(jìn)行測頭半徑、位置的補(bǔ)償，消除以下三方面誤差：

（1）理論測針半徑與實(shí)際測針半徑之間的誤差。

（2）理論測桿程度與實(shí)際測桿長度的誤差。

（3）測頭旋轉(zhuǎn)角度之誤差。

通過校驗(yàn)消除以上三個誤差，得到正確的補(bǔ)償值。因此，校驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，直接影響工件的檢測結(jié)果。

3 觀點(diǎn)說明

3.1 錯誤觀點(diǎn)

一部分人認(rèn)為，在實(shí)際測量是，每測量一個元素，系統(tǒng)都可以自動區(qū)分測球半徑的補(bǔ)償方向，計算正確的補(bǔ)償半徑。在采點(diǎn)開始后，測量軟件將在沿著測針接觸工件的方向上對測球進(jìn)行半徑補(bǔ)償。但被補(bǔ)償點(diǎn)并非真正的接觸點(diǎn)，而是測頭沿著測針接觸工件方向的延長線上的一個點(diǎn)。這樣就造成了測頭半徑補(bǔ)償誤差，產(chǎn)生誤差的大小與測球的半徑與該工件被測面與笛卡爾坐標(biāo)軸的夾角有關(guān)，夾角越大，誤差越大，詳見圖1。

3.2 正確觀點(diǎn)

軟件在獲取每一個觸測點(diǎn)時，得到的是測針紅寶石球球心點(diǎn)的位置，我們最終想要獲得的是紅寶石球與工件表面接觸的特征點(diǎn)，這兩個點(diǎn)之間的間距為觸測方向（矢量方向）上的測針半徑值，這就需要通過測頭補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)，即將紅寶石球心點(diǎn)沿測針觸測方向（矢量方向）補(bǔ)償測針半徑之后，得到工件的特征點(diǎn)，而不是豎直方向的延長點(diǎn)。

4 測量驗(yàn)證

從研究三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的補(bǔ)償原來我們可以發(fā)現(xiàn)，正常經(jīng)過校驗(yàn)的測頭，打開補(bǔ)償控制要求，理論上不會出現(xiàn)測量誤差。為了驗(yàn)證測頭打開補(bǔ)償狀態(tài)測量誤差，進(jìn)行了不同球徑在平面與曲面的測量對比。

4.1 平面測量

（1）使用?1.5球頭測量平面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.002mm。

（2）使用?2球頭測量平面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.002mm。

（3）使用?3球頭測量平面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.001mm。

（4）使用?5球頭測量平面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.001mm。

4.2 曲面測量

（1）使用?5球頭測量曲面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.001mm。

（2）使用?2球頭測量曲面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.002mm。

（3）使用?3球頭測量曲面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.001mm。

（4）使用?5球頭測量曲面上的一點(diǎn)，重復(fù)測量10次，得到測頭校驗(yàn)精度為0.001mm。

5 結(jié)束語

經(jīng)過對球頭測量原理的分析與實(shí)際測頭直徑在平面與曲面上的測量對比，我們可以得出結(jié)論，就是測頭直徑的大小對測量精度有一定的影響，測頭直徑大比直徑小的精度要低萬分之三到萬分之五左右，這樣的精度對測量常規(guī)零件的影響是可以忽略不記，實(shí)際測量中出現(xiàn)的問題是由于產(chǎn)品本身不合格所導(dǎo)致。

參考文獻(xiàn)

[1]QUINDOS7培訓(xùn)手冊[Z].?？怂箍禍y量技術(shù)有限公司.

[2]PC-DMIS使用手冊[Z].?？怂箍禍y量技術(shù)有限公司.