數控三坐标測量儀的使用

 1）測頭的選擇及校準

在三維坐标測量中，任何元素的測量均是在一定的坐标系下，通過測頭的測量完成的。是以，在測量之前必須先選擇測頭和校對測頭，建立工件坐标系，在工件坐标系内測量件的各個被測量。

（1）測頭的選擇原則。在确立探針組合時，首先應考慮被測件的幾何形狀和位置誤差，其次應根據被測量項目的多少選擇測針直徑的大小和探針的數量。對于複雜的被測件，還應考慮應用多個探針組合。為了保證較高的測量精度，應對探針組合的長度和重量加以考慮。

一般情況下，三維探頭的探針組合長度不應該超過300mm，探針組合的品質不應超過600g；至于觸發式探頭則為200mm、300g。由于測量機的型号不同，是以在實際應用中，應參閱随機攜帶的相關說明資料。

（2）探針校準的目的。一般情況下，被測件需要在不同方向和位置上，用多個探針進行測量。這樣，計算機就應事先知道這些探針的直徑和它們直接的互相位置關系，以便獲得正确的測量結果。另外，在進行工件測量時，在程式中出現的數值是軟體記錄測杆紅寶石球心的位置，但實際是紅寶石球表面接觸工件，這就需要對實際的接觸點與軟體記錄的位置沿着測點矢量方向進行測頭半徑、位置的補償。所謂校準是在規定的條件下，為确定測量器具示值誤差的一組操作，測量機的校準是将各個測頭分别去測量一個已知直徑的标準球，調用測頭校驗子程式，計算機便可計算出各測頭的實際球徑和互相位置尺寸，并将這些資料儲存在計算機内作為以後測量時補償測頭的直徑值。校準探針的目的是：通過校準，确定探針組合各個不同探針的直徑以及它們之間的互相位置關系，這樣才能為後續測量做好準備。是以，校驗結果的準确度，直接影響工件的檢測結果。

（3）探針校準前的準備工作

①選擇群組裝探針。

②将組裝好的探針組正确地安裝在測頭上。

③測頭會自動進行重量平衡（适用于三維探頭）。

④選擇合适的測量力，一般為0．2N（适用于三維探頭）。

⑤安裝校準球，并加以清潔。

（4）探針校準的步驟

①把探針資料清零。

②确定标準球的位置。

③定義參考探針。

④定義探測模式（适用于高速掃描探頭）。

⑤校準各探針。

⑥檢查校準結果：精密測量時，校準結果的标準偏差應小于機器分辨率的兩倍；一般測量時，校準結果的标準偏差應小于儀器分辨率的10倍。

（5）探測方向和位置的确定及注意事項

①探測方向應沿着被測面的法向探測。

②被測元素為圓時，采點位置應避開45°的位置，在圓的最大直徑位置探測。

③被測元素上的探測點應均勻分布，測點越多，測量結果精度越高。

④測量柱形元素時，測量斷面距盡可能遠。

2）坐标的建立和基準的選擇

（1）坐标系統。三坐标測量機的坐标系統，根據其作用不同分為機器坐标系、工件坐标系和控制坐标系三種。

①機器坐标系。機器坐标系由三坐标測量機本身結果決定。不同廠家生産的測量機，其坐标系也不同。開機後，機器坐标系就已存在，可直接進入工作狀态。但在儀器坐标系中測量工件，機器坐标系和工件圖樣原點不同或者坐标方向不平行，是以，測量結果需要經過整理計算才能得到實際測量資料。這種方法的缺點是不友善，不直覺。

②工件坐标系。工件固定後相對于儀器坐标系存在傾斜和旋轉誤差，并且工件圖樣的設計基準與機器坐标系的零點存在位置。也就是說，儀器坐标系與工件圖樣的設計基準存在方向和位置內插補點。是以，操作者需要依據被測件圖樣的設計基準建立工件坐标系，以此确定工件和機器坐标系之間在方向和位置上的轉換關系，為以後測量資料轉換提供資料。工件坐标系在實際測量中應用很廣泛。

③控制坐标系。每次安裝工件的位置不能完全相同。為了保證達到正确和安全測量的目的，需要建立一個控制坐标系，這個坐标系是根據工件坐标系确定的，兩者可一緻，也可不一緻。控制坐标系僅用于在編制CNC程式或運作CNC程式時使用。

（2）測量基準

①如何建立測量基準。測量時，依據設計基準或工藝基準，擇其一作為測量基準，再用三坐标測量機測量工件所建立的工件坐标系。

任何一個工件，在測量機上測量時，應先分析其測量基準，将其分解為多個被測标準幾何元素，然後開機測量這些标準幾何元素，建立工件坐标系，即測量基準。有時為了更準确地建立工件坐标系，需要采用逐次接近法建立工件坐标系，即在已建立的工件坐标系中，重新測量被測基準，重建立立工件坐标系，采用此方法建立的工件坐标系精度更高。

②測量基準的選擇原則。測量時，應從零件的設計、加工、現場檢測、裝配、作用關系五方面考慮測量基準。根據檢測目的的不同，應選擇設計基準或工藝基準作為零件的測量基準。

a．測繪零部件時，應根據産品的裝配、作用關系來确定測量基準。

b．進行工藝分析時，測量基準應和工藝基準一緻。

c．若三坐标測量機和現場檢測結果不一緻時，應檢查現場檢測方法和檢測器具是否存在問題。

d．進行工序檢測或裝置調整時，測量基準應和工藝基準一緻。

e．在成品品質驗收時，測量基準必須和設計基準一緻，若設計基準不明确時，應根據其産品的裝配、作用關系來确定測量基準。

3）維護保養

（1）日常維護保養的重點。三坐标測量機日常維護保養的重點是光學部分、機械部分和電氣部分。

①光學部分。光學部分主要包括光栅和讀數頭，還有光學探頭部分。光學系統是整台儀器的眼睛，它工作情況的好壞十分重要。光栅尺一般是用玻璃尺做的，不管它的哪個面被污染都會對測量機的精度造成影響。根據光栅尺系統特性，建議環境條件較好的機關每6個月清洗一次光栅尺，環境條件差的3個月擦洗一次。清洗可以用綢布加無水酒精，清洗時切勿用力過大。要勿加小心，不得磕碰劃傷光栅的任何部分。

②機械部分。機械部分是整個測量系統中的保證部分，是整個測量系統穩定性的基礎，任何電氣功能最終都要落實到機械功能上來實作。這也是日常保養工作的重點。

③驅動部分。大多數三坐标測量機是由電動機帶動鋼帶進行驅動的。如果驅動鋼帶表面鏽蝕，長期不保養，對驅動部分會帶來嚴重後果。有些使用者将防鏽油塗在鋼帶的工作面上，這樣會造成鋼帶的摩擦因數減少，驅動時鋼帶打滑，使運動不穩定、不連貫。正确方法是将較稀的油用軟細布均勻地抹在鋼帶的非工作面上，千萬不要塗在工作面上。

工作台導軌需要經常清洗，花崗岩工作台每天開機前都需要清洗，以確定空氣軸承的正常工作。如果工作台是鑄鐵的，導軌是鋼制的，要經常注意工作台和導軌的清潔，在導軌上加油不得往上滴油，而是用軟細布蘸上油均勻地塗在導軌表面上和工作台表面上。

④氣源部分。氣源系統的好壞直接影響到整台裝置的使用。如果氣源内有大量的水和油及雜質，這樣長期下去必定造成儀器壽命的縮短。是以，在開機前需要将空氣濾清器中殘餘物清理幹淨，最起碼是經常除掉殘餘物，以確定空氣的品質。如果所用的空氣壓縮機不是無油的，建議最好配備無油壓縮機。

⑤電氣部分。電氣部分的維護保養涉及面很廣，其中絕大多數的工作是調整電氣。例如，周期檢查中的探頭零位、測量力平衡、光栅信号、觸發電壓、驅動電器及保護功能的調整。這些電光信号的調整比較複雜，最好是由經過專門訓練的人來從事這項工作。

（2）對工作環境的要求

①機房的要求。機房溫度必須符合各種型号三坐标測量機的要求，其中包括溫度範圍及溫度變化（每小時、每天及空間的溫度限制）。

為了確定儀器的精度，機房必須24h保持恒溫，濕度要在40％～60％之間。如機房太幹燥或太潮濕，都容易使機器産生毛病。

②電源供應。為確定儀器供電的穩定性，測量機所用的電源，必須獨立提供，不能跟其他高負載電器用同一電源。

（3）清洗須知

①上了漆的表面及外殼。上了漆的零件（包括控制櫃、外殼等）可用油漆表面清潔劑進行清洗及維護；頑固的污迹可用汽油進行清潔；塑膠零件，如計算機鍵盤、儀器控制闆等，不得用清洗潔溶劑清洗。

②探針及校準标準。在校準或測量以前，必須用驢皮把紅寶石探針清洗，動作力量要小，探頭及探針也應保持清潔，經常用驢皮或纖維不脫落的亞麻布清潔标準球（校準标準）的表面。