影響三坐標測量機測量精度的兩大關鍵性因素

測桿和測球是三坐標測量機(CMM)的傳感器與被測工件表面的關鍵連結環節，也是影響三坐標測量機測量精度的兩大關鍵性因素。如果對于特定的測量任務選用了不合適的測桿和測球，就可能導致測量結果的不確定性和不一致性。為了實現CMM測量精度的最優化，在選擇測桿和測球時必須考慮周全。北京北瑞科信儀器設備有限公司從四個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(事實上，采用具有最大剛度、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。當測頭從不同的方向與工件接觸時，因觸發所需要的測量力不同，就會引起預行程的變化，從而產生這種誤差。用標準圓對測頭進行校準可以減小這種預行程誤差，但并不能完全消除它。測桿的撓性會放大預行程的變化。雖然鋼也適合制造一些短測桿，但硬質合金是剛性最好的測桿材料。然而，由于硬質合金密度大，因此不適合用于長測桿。陶瓷測桿通常可用于既需要剛性好，又要求重量輕的測量任務。同樣，碳纖維通常也可用于制造很長的測桿。

(2)熱穩定性：溫度波動可能會引起很大的CMM測量誤差。選用適當的接長桿材料，就能在環境條件發生變化的情況下，獲得更好的穩定性，提供一致性更好的測量結果。具有低熱脹系數的材料是首選的測桿材料(尤其是在使用長測桿時)，因為熱膨脹量取決于長度。碳纖維是最常用的長測桿和接長桿材料，因為這種材料既硬又輕。鈦合金兼具良好的強度、穩定性和密度，非常適合用于制造測桿的金屬零件(如接頭和活動關節)。

(3)測球的圓度：大多數CMM(三坐標測量機)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，而一個測球的等級取決于其相對于理想球體的最大偏差。最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。雖然符合標準的5級測球可能成本稍貴一些，但與可能使一個合格零件報廢或使一個不合格零件蒙混過關相比，這種成本代價顯得微不足道。

(4)測球的材料：雖然紅寶石是最常用的測球材料，但其他材料可能更適合進行接觸掃描測量。在掃描測量時，測球沿著工件表面滑行，會產生摩擦磨損。在極端情況下，這種長期接觸可能會導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(粘結磨損)。無論哪一種情況，都會影響測球的圓度。當測球的某一部位與工件經常保持接觸時，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，可能會發生磨粒磨損。殘留的微小顆?？赡軙е聹y球和工件表面被輕微劃傷，從而在測球上形成一個微小“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。粘結磨損通常發生在測球材料與工件材料具有化學親和力的情況下，在用人造紅寶石測球掃描測量鋁件時較為常見，因為人造紅寶石的主要成分是氧化鋁。從相對較軟的鋁件上轉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，因為這種材料具有良好的耐磨性，而且對鋁沒有親合力。

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