測桿和測球?qū)θ鴺?biāo)的影響

測桿和測球?qū)θ鴺?biāo)的影響

測桿和測球是三坐標(biāo)測量機(jī)（CMM）的傳感器與被測工件表面的關(guān)鍵連結(jié)環(huán)節(jié)。如果對于特定的測量任務(wù)選用了不合適的測桿和測球，就可能導(dǎo)致測量結(jié)果的不確定性和不一致性。為了實(shí)現(xiàn)CMM測量精度的*化，在選擇測桿和測球時(shí)必須考慮周全。 測量產(chǎn)品制造商雷尼紹（Renishaw）公司從四個(gè)方面介紹了選擇測桿和測球可能對CMM總體測量精度造成的影響。

（1）測球的圓度：大多數(shù)CMM測桿頂端的測球都采用人造紅寶石球。測球的圓度誤差可能會使CMM損失高達(dá)10%的潛在測量精度。紅寶石測球的制造精度水平是用等級來定義的，而一個(gè)測球的等級取決于其相對于理想球體的zui大偏差。zui常用的兩種測球等級為5級和10級（其球度誤差分別為 0.13µm和0.25µm）。盡管從使用5級測球改為使用10級測球可以節(jié)約一些成本，但有可能會危及到普遍接受的CMM測量不確定度與形狀公差5∶1 之比。雖然符合標(biāo)準(zhǔn)的5級測球可能成本稍貴一些，但與可能使一個(gè)合格零件報(bào)廢或使一個(gè)不合格零件蒙混過關(guān)相比，這種成本代價(jià)顯得微不足道。

（2）測球的材料：雖然紅寶石是zui常用的測球材料，但其他材料可能更適合進(jìn)行接觸掃描測量。在掃描測量時(shí)，測球沿著工件表面滑行，會產(chǎn)生摩擦磨損。在情況下，這種長期接觸可能會導(dǎo)致測球材料從球上被磨除（磨粒磨損），或工件材料被粘著到測球上（粘結(jié)磨損）。無論哪一種情況，都會影響測球的圓度。當(dāng)測球的某一部位與工件經(jīng)常保持接觸時(shí)，這種圓度誤差就會不斷增大。

在掃描測量某些材料（如鑄鐵）表面時(shí)，可能會發(fā)生磨粒磨損。殘留的微小顆粒可能會導(dǎo)致測球和工件表面被輕微劃傷，從而在測球上形成一個(gè)微小“平面”。對于此類測量，硬度更高的氧化鋯測球是一種不錯的選擇。粘結(jié)磨損通常發(fā)生在測球材料與工件材料具有化學(xué)親和力的情況下，在用人造紅寶石測球掃描測量鋁件時(shí)較為常見，因?yàn)槿嗽旒t寶石的主要成分是氧化鋁。從相對較軟的鋁件上轉(zhuǎn)移到測球上的材料可能生成一層“涂層”，從而降低測球的圓度精度。在這種情況下，氮化硅測球是更好的選擇，因?yàn)檫@種材料具有良好的耐磨性，而且對鋁沒有親合力。

（3）測桿的撓曲：測量精度隨著測桿長度的增加而降低，因此長測桿并不適合測量所有的工件特征（事實(shí)上，采用具有zui大剛度、盡可能短的測桿才是正確的做法）。雖然測桿并不會直接引起這種特定的誤差，但測桿長度會將誤差放大。當(dāng)測頭從不同的方向與工件接觸時(shí)，因觸發(fā)所需要的測量力不同，就會引起預(yù)行程的變化，從而產(chǎn)生這種誤差。用標(biāo)準(zhǔn)圓對測頭進(jìn)行校準(zhǔn)可以減小這種預(yù)行程誤差，但并不能*消除它。

測桿的撓性會放大預(yù)行程的變化。雖然鋼也適合制造一些短測桿，但硬質(zhì)合金是剛性的測桿材料。然而，由于硬質(zhì)合金密度大，因此不適合用于長測桿。陶瓷測桿通?？捎糜诩刃枰獎傂院?，又要求重量輕的測量任務(wù)。同樣，碳纖維通常也可用于制造很長的測桿。

（3）熱穩(wěn)定性：溫度波動可能會引起很大的CMM測量誤差。選用適當(dāng)?shù)慕娱L桿材料，就能在環(huán)境條件發(fā)生變化的情況下，獲得更好的穩(wěn)定性，提供一致性更好的測量結(jié)果。具有低熱脹系數(shù)的材料是的測桿材料（尤其是在使用長測桿時(shí)），因?yàn)闊崤蛎浟咳Q于長度。碳纖維是zui常用的長測桿和接長桿材料，因?yàn)檫@種材料既硬又輕。鈦合金兼具良好的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和密度，非常適合用于制造測桿的金屬零件（如接頭和活動關(guān)節(jié)）。

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