三坐标测量机测球的圆度及材料

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测杆和测球是三坐标测量机(CMM)的传感器与被测工件表面的关键连结环节。如果对于特定的测量任务选用了不合适的测杆和测球,就可能导致测量结果的不确定性和不一致性。为了实现CMM测量精度的最优化,在选择测杆和测球时必须考虑周全。
(1)测球的圆度:大多数CMM测杆顶端的测球都采用人造红宝石球。测球的圆度误差可能会使CMM损失高达10%的潜在测量精度。红宝石测球的制造精度水平是用等级来定义的,而一个测球的等级取决于其相对于理想球体的最大偏差。最常用的两种测球等级为5级和10级(其球度误差分别为 0.13µm和0.25µm)。尽管从使用5级测球改为使用10级测球可以节约一些成本,但有可能会危及到普遍接受的CMM测量不确定度与形状公差5∶1 之比。虽然符阿合标准的5级测球可能成本稍贵一些,但与可能使一个合格零件报废或使一个不合格零件蒙混过关相比,这种成本代价显得微不足道。
 (2)测球的材料:虽然红宝石是最常用的测球材料,但其他材料可能更适合进行接触扫描测量。在扫描测量时,测球沿着工件表面滑行,会产生摩擦磨损。在极端情况下,这种长期接触可能会导致测球材料从球上被磨除(磨粒磨损),或工件材料被粘着到测球上(粘结磨损)。无论哪一种情况,都会影响测球的圆度。当测球的某一部位与工件经常保持接触时,这种圆度误差就会不断增大。
在扫描测量某些材料(如铸铁)表面时,可能会发生磨粒磨损。残留的微小颗粒可能会导致测球和工件表面被轻微划伤,从而在测球上形成一个微小“平面”。对于此类测量,硬度更高的氧化锆测球是一种不错的选择。粘结磨损通常发生在测球材料与工件材料具有化学亲和力的情况下,在用人造红宝石测球扫描测量铝件时较为常见,因为人造红宝石的主要成分是氧化铝。从相对较软的铝件上转移到测球上的材料可能生成一层“涂层”,从而降低测球的圆度精度。在这种情况下,氮化硅测球是更好的选择,因为这种材料具有良好的耐磨性,而且对铝没有亲合力。
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