王恩雙 徐連軍

摘 ?要：在三坐標(biāo)測(cè)量中，對(duì)于測(cè)量軟件中測(cè)頭系統(tǒng)補(bǔ)償誤差存在兩個(gè)觀點(diǎn)，其一，測(cè)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(duì)于我們公司現(xiàn)有產(chǎn)品的測(cè)量精度要求完全可以滿足，我們現(xiàn)在在測(cè)量中是打開測(cè)頭補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的。其二，608所和西工大認(rèn)為測(cè)頭系統(tǒng)補(bǔ)償有一定的誤差，因此，他們?cè)跍y(cè)量時(shí)關(guān)閉測(cè)頭補(bǔ)償系統(tǒng)。最近我們?cè)跍y(cè)量葉輪中，有設(shè)計(jì)人員提出了測(cè)頭選取的大小會(huì)再一定的測(cè)量誤差，對(duì)零件的測(cè)量結(jié)果有一定的影響，針對(duì)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(cè)量;測(cè)頭;系統(tǒng);補(bǔ)償;誤差

1 現(xiàn)狀分析

在三坐標(biāo)測(cè)量中，對(duì)于測(cè)量軟件中測(cè)頭系統(tǒng)補(bǔ)償誤差存在兩個(gè)觀點(diǎn)，第一個(gè)觀點(diǎn)：測(cè)量機(jī)廠家海克斯康認(rèn)為其補(bǔ)償系統(tǒng)誤差很小，對(duì)于我們公司現(xiàn)有產(chǎn)品的測(cè)量精度要求完全可以滿足，我們現(xiàn)在在測(cè)量中是打開測(cè)頭補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的;第二個(gè)觀點(diǎn)：608所和西工大認(rèn)為測(cè)頭系統(tǒng)補(bǔ)償有一定的誤差，所以在測(cè)量時(shí)關(guān)閉測(cè)頭補(bǔ)償系統(tǒng)。最近在測(cè)量葉輪中，有設(shè)計(jì)人員提出了測(cè)頭選取的大小會(huì)一定的測(cè)量誤差，對(duì)零件的測(cè)量結(jié)果有一定的影響，針對(duì)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(cè)頭的定義及校驗(yàn)

在對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)之前，需要對(duì)所使用的測(cè)桿進(jìn)行定義及校驗(yàn)。在PC-DMIS的測(cè)頭功能中按照實(shí)際采用的測(cè)桿配置進(jìn)行定義，并添加所用到的測(cè)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(cè)頭角度。

2.2 校驗(yàn)測(cè)頭的目的

在進(jìn)行工件測(cè)量時(shí)，在程序中出現(xiàn)的數(shù)值是軟件記錄測(cè)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(duì)實(shí)際的接觸點(diǎn)與軟件記錄的位置沿著測(cè)點(diǎn)矢量方向進(jìn)行測(cè)頭半徑、位置的補(bǔ)償，消除以下三方面誤差：

（1）理論測(cè)針半徑與實(shí)際測(cè)針半徑之間的誤差。

（2）理論測(cè)桿程度與實(shí)際測(cè)桿長(zhǎng)度的誤差。

（3）測(cè)頭旋轉(zhuǎn)角度之誤差。

通過校驗(yàn)消除以上三個(gè)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(cè)結(jié)果。

3 觀點(diǎn)說明

3.1 錯(cuò)誤觀點(diǎn)

一部分人認(rèn)為，在實(shí)際測(cè)量是，每測(cè)量一個(gè)元素，系統(tǒng)都可以自動(dòng)區(qū)分測(cè)球半徑的補(bǔ)償方向，計(jì)算正確的補(bǔ)償半徑。在采點(diǎn)開始后，測(cè)量軟件將在沿著測(cè)針接觸工件的方向上對(duì)測(cè)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(cè)頭沿著測(cè)針接觸工件方向的延長(zhǎng)線上的一個(gè)點(diǎn)。這樣就造成了測(cè)頭半徑補(bǔ)償誤差，產(chǎn)生誤差的大小與測(cè)球的半徑與該工件被測(cè)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(gè)觸測(cè)點(diǎn)時(shí)，得到的是測(cè)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(gè)點(diǎn)之間的間距為觸測(cè)方向（矢量方向）上的測(cè)針半徑值，這就需要通過測(cè)頭補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)，即將紅寶石球心點(diǎn)沿測(cè)針觸測(cè)方向（矢量方向）補(bǔ)償測(cè)針半徑之后，得到工件的特征點(diǎn)，而不是豎直方向的延長(zhǎng)點(diǎn)。

4 測(cè)量驗(yàn)證

從研究三坐標(biāo)測(cè)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(cè)頭，打開補(bǔ)償控制要求，理論上不會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。為了驗(yàn)證測(cè)頭打開補(bǔ)償狀態(tài)測(cè)量誤差，進(jìn)行了不同球徑在平面與曲面的測(cè)量對(duì)比。

4.1 平面測(cè)量

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

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

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

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

4.2 曲面測(cè)量

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

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

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

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

5 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)球頭測(cè)量原理的分析與實(shí)際測(cè)頭直徑在平面與曲面上的測(cè)量對(duì)比，我們可以得出結(jié)論，就是測(cè)頭直徑的大小對(duì)測(cè)量精度有一定的影響，測(cè)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(duì)測(cè)量常規(guī)零件的影響是可以忽略不記，實(shí)際測(cè)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)

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