技術(shù)中心2025-03-14
肉眼看上去完好的測(cè)球，為何測(cè)量結(jié)果會(huì)存在偏差？
鉆石比紅寶石測(cè)球更具性價(jià)比？
測(cè)球掉落有時(shí)候是在保證測(cè)量結(jié)果的可靠性？
# 探針系統(tǒng)是如何影響到測(cè)量重復(fù)性的呢？
我們可以得出結(jié)論，為了防止額外的測(cè)量不確定性，節(jié)省費(fèi)時(shí)的檢查、清潔、更換和重新校準(zhǔn)工作。特別是測(cè)量超硬陶瓷表面或極軟鋁合金工件時(shí)，鉆石測(cè)針比紅寶石測(cè)針具有更長(zhǎng)的使用壽命，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可以節(jié)省時(shí)間和人力成本。
此外，測(cè)球和測(cè)桿的連接方式也極為重要。以下三種連接方式分別是焊接、杯連接和栓連接。焊接就是測(cè)球通過(guò)焊接方式安裝在測(cè)桿上。杯連接是借助特殊膠水使測(cè)球黏合在測(cè)桿上，杯連接和焊接基本是相同的，但是焊接的測(cè)針具有較高的剛性。栓連接是三種連接中最容易出現(xiàn)問(wèn)題的連接方式，一方面栓連接需要在測(cè)球上鉆孔，易對(duì)測(cè)球產(chǎn)生不利影響；另一方面由于栓沒(méi)有定位點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致例如多余黏膠等問(wèn)題。
鉆石比紅寶石測(cè)球更具性價(jià)比？
測(cè)球掉落有時(shí)候是在保證測(cè)量結(jié)果的可靠性？
測(cè)球測(cè)桿又有幾種連接方式？
在幾何坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)這門學(xué)科中，測(cè)量重復(fù)性對(duì)于測(cè)量結(jié)果非常重要，而影響三坐標(biāo)測(cè)量重復(fù)性的因素有很多。其中包括設(shè)備精度、環(huán)境溫度與濕度、校準(zhǔn)以及探針系統(tǒng)等。但在大多數(shù)的情況下，是探針系統(tǒng)本身。
# 探針系統(tǒng)是如何影響到測(cè)量重復(fù)性的呢？
- 一個(gè)探針系統(tǒng)通常包含這樣幾個(gè)部分：
- 測(cè)針—最先接觸到工件的部分
- 加長(zhǎng)桿—方便測(cè)量難以接近的區(qū)域
- 吸盤—與測(cè)頭直接相連的部分
- 連接件—使測(cè)針與加長(zhǎng)桿相連組成探針系統(tǒng)
一個(gè)理想的探針系統(tǒng)需要盡量少的連接點(diǎn)、盡可能大的剛性、盡可能輕的質(zhì)量、盡可能小的溫度敏感性。
首先，測(cè)針作為接觸工件的部分，由測(cè)針座、測(cè)桿和測(cè)球三部分組成。紅寶石測(cè)球是最常見的測(cè)球種類。
左下圖，當(dāng)三坐標(biāo)使用轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)測(cè)量時(shí)，測(cè)針固定不動(dòng)、同一點(diǎn)接觸工件表面進(jìn)行測(cè)量，即使測(cè)球的圓度不是最佳的，但是測(cè)量結(jié)果也并未因此出現(xiàn)偏差。右下圖，當(dāng)工件固定使用測(cè)針移動(dòng)來(lái)測(cè)量時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)由于測(cè)球的圓度偏差所導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果誤差。由此我們知道，為了取得高精度測(cè)量需要高精度的測(cè)球。
左下圖，當(dāng)三坐標(biāo)使用轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)測(cè)量時(shí)，測(cè)針固定不動(dòng)、同一點(diǎn)接觸工件表面進(jìn)行測(cè)量，即使測(cè)球的圓度不是最佳的，但是測(cè)量結(jié)果也并未因此出現(xiàn)偏差。右下圖，當(dāng)工件固定使用測(cè)針移動(dòng)來(lái)測(cè)量時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)由于測(cè)球的圓度偏差所導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果誤差。由此我們知道，為了取得高精度測(cè)量需要高精度的測(cè)球。
下表中精度等級(jí)數(shù)字越小代表精度越高，最大圓度偏差值越小。蔡司通常采用5級(jí)精度的測(cè)球，5級(jí)測(cè)球精度范圍在0.07μm到0.16μm之間能滿足絕大多數(shù)測(cè)量需求。當(dāng)然，對(duì)于更高要求的測(cè)量，蔡司也提供了更高精度等級(jí)的測(cè)球。
其次，測(cè)球的材質(zhì)也是影響測(cè)量的關(guān)鍵因素之一。一方面，紅寶石測(cè)球在使用一段時(shí)間后會(huì)因掃描較硬的工件產(chǎn)生磨損，圓度變差，精度降低。另一方面，掃描較軟的鋁合金材質(zhì)又會(huì)在紅寶石測(cè)球表面產(chǎn)生“沉積”同樣造成圓度變差，精度降低。
為了避免上述問(wèn)題保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，蔡司推出了鉆石測(cè)針。通過(guò)紅寶石和鉆石的對(duì)比可以明顯看出不論是測(cè)球的磨損或者沉積，隨著時(shí)間的推移，掃描距離的增加，紅寶石測(cè)球的精度都有明顯下降，而鉆石測(cè)球則沒(méi)有這些問(wèn)題基本維持了一開始的精度不變。
我們可以得出結(jié)論，為了防止額外的測(cè)量不確定性，節(jié)省費(fèi)時(shí)的檢查、清潔、更換和重新校準(zhǔn)工作。特別是測(cè)量超硬陶瓷表面或極軟鋁合金工件時(shí)，鉆石測(cè)針比紅寶石測(cè)針具有更長(zhǎng)的使用壽命，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可以節(jié)省時(shí)間和人力成本。
此外，測(cè)球和測(cè)桿的連接方式也極為重要。以下三種連接方式分別是焊接、杯連接和栓連接。焊接就是測(cè)球通過(guò)焊接方式安裝在測(cè)桿上。杯連接是借助特殊膠水使測(cè)球黏合在測(cè)桿上，杯連接和焊接基本是相同的，但是焊接的測(cè)針具有較高的剛性。栓連接是三種連接中最容易出現(xiàn)問(wèn)題的連接方式，一方面栓連接需要在測(cè)球上鉆孔，易對(duì)測(cè)球產(chǎn)生不利影響；另一方面由于栓沒(méi)有定位點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致例如多余黏膠等問(wèn)題。
如果測(cè)針在測(cè)量時(shí)被撞擊，焊接和杯連接的測(cè)球會(huì)掉落把撞擊的問(wèn)題顯現(xiàn)出來(lái)，你可以很容易的發(fā)現(xiàn)測(cè)針的損壞而更換掉不良的測(cè)針，從而保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。但是栓連接的測(cè)球受撞擊后并不會(huì)因此掉落而是可能發(fā)生了肉眼看不見的偏移，用這樣的測(cè)針繼續(xù)測(cè)量得到的結(jié)果與真實(shí)值之間會(huì)有較大偏差，極大的影響了測(cè)量結(jié)果的可靠性，而你很難察覺這個(gè)問(wèn)題。
你需要將栓連接的測(cè)針在環(huán)規(guī)等檢具上進(jìn)行一些比較測(cè)量，發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果可重復(fù)性差且與校準(zhǔn)值偏差較大才能得出測(cè)針已經(jīng)損壞的事實(shí)。基于以上原因，蔡司測(cè)針采用的是杯連接的方式。
你需要將栓連接的測(cè)針在環(huán)規(guī)等檢具上進(jìn)行一些比較測(cè)量，發(fā)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果可重復(fù)性差且與校準(zhǔn)值偏差較大才能得出測(cè)針已經(jīng)損壞的事實(shí)。基于以上原因，蔡司測(cè)針采用的是杯連接的方式。
另一個(gè)常見的錯(cuò)誤是測(cè)桿探測(cè)，即測(cè)桿代替了測(cè)球接觸到了工件采集了測(cè)量信息。這很危險(xiǎn)，因?yàn)闇y(cè)頭傳感器無(wú)法分辨這個(gè)采集的信號(hào)是來(lái)自測(cè)桿還是測(cè)球，在發(fā)生錯(cuò)誤探測(cè)時(shí)，不會(huì)有任何錯(cuò)誤報(bào)警。這也是測(cè)量時(shí)必須要仔細(xì)觀察的原因，檢查測(cè)桿在任何探測(cè)或掃描點(diǎn)時(shí)是否都沒(méi)有接觸到工件。這也可能會(huì)發(fā)生在你使用非常小的測(cè)針與測(cè)球時(shí)，因?yàn)樾〉臏y(cè)針更容易被折彎，出現(xiàn)測(cè)桿探測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)變得更高。
