三坐标测量机测量实践指导

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1、良好的测量实践指导坐标测量机探测摘要：这本指南是一本关于测头与探测的通用指导。它包含探测实践，接触式测头的类型、它们的优点和缺点，以及他们如何工作。它也涵盖了各种探针配置的优点和缺点；选择合适的测头球尺寸以及在坐标测量机上使用非接触传感器。目录1.引言31.1共坐标测量机31.2坐标测量机的测头42.机械型触发式测头的设计和原则43.模拟（测量）测头64.探测系统概述74.1工件的相关注意事项74.2探测系统的选择84.3探测系统的条件85.探测头的选择95.1非铰接探针头95.2铰接式探测系统95.3改进测头/探针116.探针加长杆127.探针加长杆，接头和适配器的选择1

2、28.探针类型的选择148.1保持简单148.2短而硬158.3大球尖端158.4检查触头尖端158.5保持清洁168.6探针尖端的类型169.接触式探针的操作199.1接触力199.2逼近速度209.3工件变形209.4清洁209.5探针轴接触219.6总结2110.探测系统的校准2111.工件测量2412.测量不确定度的来源2412.1探针轴的弹性变形2412.2测量流程2512.3总结2712.4热膨胀2813.连续扫描2813.1开环扫描2913.2闭环扫描2913.3连续扫面测头2913.4扫描探针的选择3114.非接触式探测系统3115.发布的标准3316.总结

3、3417.术语表3418.健康和安全36良好的测量实践英国国家物理试验所（NPL）定义了良好测量习惯的六条指导性原则。它们是：正确的测量：测量应该满足规定，并与要求相一致。使用正确的测量工具：测量应该使用已经被证明是适合测量目的的设备和方法。合适的人员：测量人员应该有能力胜任，具有适当的资质，见多识广。定期的检查：应该有内部独立的对所有测量设备和测量流程的技术流程的评估。论证的一致性：在一个地方所得到的测量结果与在其它地方所得到的应该是一致的。正确的测量流程：优秀的测量流程应该在所有的测量中与国家或国际标准相一致。1.引言1.1共坐标测量机坐标测量机是一种通过移动探测系统来

4、达到确定工件表面空间坐标的测量系统。坐标测量机具通过手动操作初步布局检测设备的初始位置。随着数控机床在50年代为了满足美国航天计划对复杂零部件生产需求的发展，以及随后在70年代计算机数字控制系统的引进，此时的生产技术比通用的检测设备更加准确。CMM演化过程中一个重要的因素是DavidMcMurtry于1972年发明的触发式测头Rolls-Royce1。这个触发式测头是一个可以快速准确检测低触发力的三维传感器。当联系到为计算机数控机械开发的精密线性测量系统加上便宜但功能强大的计算机硬件和软件，这就为高精度自动化检测中心开辟了道路。坐标测量机被广泛应用于精密制造业，它可以对零部

5、件进行快速可靠的尺寸测量。坐标测量机的价格比较昂贵，但它们的测量结果对保持可靠的制造过程却是至关重要的。坐标测量机可以分为两种类型：手工控制和计算机直接控制。手动控制坐标测量机一般用作首件的检验工作。如果在以生产为导向的重要制造环境中，计算机直接控制坐标测量机是通用的选择。计算机直接控制通常是制造商需要收集和分析大量数据维持生产过程的控制时的最佳选择工具。坐标测量机通常是完全处于计算机直接控制下，因此可以消除任何操作者对所记录数据质量的影响。1.2坐标测量机的测头坐标测量机通过使用各种设备检测物体的表面。这些设备包括触发式测头，模拟（测量）测头，连续扫面和非接触系统。这本散

6、装的指南重要集中介绍触发式测头，同时也会适当介绍其他探测系统的内容。2.机械型触发式测头的设计和原则大部分的坐标测量机使用接触式触发测头，因此掌握一些触发式测头的基本工作原理对我们是非常有帮助的。接触式触发测头的设计者所面临的一个问题是他们所设计的测头的精确度必须高于被测工件生产所需要的精度。所设计的测头只有运用运动学的原理才可以在实际操作中达到这样的精度，而且在实际操作中测头所需的精度并不完全取决于工件的制造的精度。接触式触发测头采用一种动态定位的方式来保持触笔可以在一个高度可重复的方式。一个典型的装置（如图1所示）有三个圆柱棒组成，每一个圆柱棒与一对小球相接触。这一构造

7、限制了接触笔的六个自由度，因此接触笔在偏置后总可以返回到相同的位置。当触笔在任何一个方向发生偏转时，会使接触式电路产生一个触发信号。这个触发信号通知计算机记录在此接触时刻的机器位置。这些记录的点坐标存储以供后续使用。测头的设计允许触笔在接触后发生进一步的偏转，从而给坐标测量机留下了减速的时间。随着触笔脱离物体表面，弹簧力会使触笔复位。该结构可以使探针对表面的探测精度达到亚微米级的检测。图1接触式触发测头的立体剖视图动态设计触发式测头相关的主要问题是触发探针所需的接触力取决于探针和表面的接触方向从而导致几何接触结果会