校准机床测头需要注意的事项

坐标测量机在测量前需要进行测头标定，这是测量前非常重要的一步，因为测头标定中的误差会加入到以后的零件测量中。但是触发探针校正后的探针宝石球直径小于其标称值，这让很多操作人员感到奇怪，但不是一两句话就能解释清楚原因的。先说校准探头的原理。

1.为什么要校准探测头

校准探头主要有两个原因:为了获得探头红宝石球的补偿直径以及不同探头位置与第一个探头位置的关系。

CMM在测量时，用测头的宝石球接触被测零件的测量部位。此时，探头(传感器)发出触摸信号。信号进入计数系统后，此时的光栅计数器被锁存并发送到计算机，工作中的测量软件接收到一个用X、Y、Z坐标表示的点。这个坐标点可以理解为探针宝石球中心的坐标，与我们真正需要的探针宝石球与工件的接触点相差一个宝石球的半径。为了精确计算出我们想要的接触点的坐标，我们必须通过探头校正得到探头宝石球的半/直径。

在实际测量工作中，零件不能随意移动和翻转。为了方便测量，需要根据实际情况选择不同位置、不同长度、不同形状(星形、圆柱形、针形)的探头。为了直接计算这些不同的探头位置和探头所测量的元素，在计算时要测量和转换它们之间的关系。因此，需要进行探头校准。

2.探头校准原理:

探头校准主要通过使用标准球来进行。标准球的直径在10mm-50mm之间，并对其直径和形状误差进行校准(厂家配置的标准球均有校准证书)。

在探头校准之前，有必要定义探头。根据测量软件的要求，选择(输入)探头底座、探头、加长杆、探头、标准球直径(校准后标准球的实际直径值)等。(有些软件需要输入探头到探头底座中心的距离)，同时单独定义可以区分其不同角度、位置或长度的探头编号。

用手动、操纵杆、自动等方法在标准球最大范围内触摸测量5个以上的点(一般建议在7 ~ 11个点)，点的分布应均匀。

计算机接收到这些点(宝石球中心坐标的X，Y，Z值)后，进行球拟合计算，得到拟合球的中心坐标、直径和形状误差。用标准球的直径减去拟合球的直径，得到修正后的探针宝石球的“直径”(准确的说应该是“修正值”或“修正直径”)。

当按照上述方法校正其他不同角度、位置或长度的探头时，通过每个拟合球体中心点的坐标差就可以得到探头之间的位置关系，并通过软件生成探头关系矩阵。当我们使用不同角度、位置和长度的探针来测量同一零件不同部位的元素时，测量软件会将它们转换为同一个探针(通常是1号探针)，就像一个探针测量一样。所有在同一标准球(未更换)上校准过的探头都可以准确实现这种自动转换。

3.修正值小于标称值的原因:

了解了探头校准的原理，我们就很容易解释为什么探头校准值小于标称值了。

a、触发探头在原理上相当于杠杆结构。触摸时，传感器必须被触发(相当于关闭开关)才能发送信号。因为探头(力臂)是有一定长度的，在探头的宝石球接触到标准球后，仍然要运行一段距离，才能触发传感器。探针越长，距离就越大。因此，触发信号被延迟，并且装配球的直径小于宝石球的直径和标准球的直径之和。当软件从标准球(已输入)的直径中减去装配球的直径时，我们得到的校正探头的“校正直径”小于其标称值。

b、触摸测量过程中探头会有轻微变形，会增加信号的延迟，这也是造成这种现象的原因之一。

碳（carbon的缩写）传感器(探头)的触发信号到达计数器需要固定的时间。但这期间光栅读数的变化率与测量机的触摸速度有关。当触摸速度快时，探头的“校正直径”小。

4、校准探头应注意的问题:

校正后的测针“校正直径”小于标称值，不会影响测量机的测量精度。反之，还会补偿触摸延时和探头变形，因为在测量机的测量过程中，测量软件会对探头宝石球的半径进行修正(将探头宝石球中心点的坐标转换为触摸点的坐标)，用“修正后的直径”代替标称直径。

校准探头时，应注意以下问题:

1)、测量座、探头(传感器)、加长杆、测量针和标准球应安装可靠、牢固，无松动和间隙。检查安装好的探头和标准球是否牢固后，擦拭探头和标准球上的指纹和污渍，保持清洁。

2)校准探头时，测量速度应与测量速度一致。注意校正后的探头直径(相同长度时是否与之前的校正结果有较大偏差)和校正时的形状误差。如有较大变化，找出原因或清洗标准球和探头。重复校正2至3次，观察结果的重复性。检查探头、探针和标准球是否安装牢固，还要检查机器的工作状态。

3)当需要校正多个探头的角度和位置或不同探头的探头长度时，一定要检查校正后的校正效果(精度)。方法是:定义的探头全部校正后，使用测球功能，用所有校正后的探头依次测量标准球，观察球心坐标的变化。如果有1到2微米的变化，是正常的。如果变化较大，检查测量座、测头、延长杆、测针、标准球的安装是否牢固，这是造成这种现象的重要原因。

4)改变测量方法(不同的软件方法不同)，因为测量探头的长度是测量探头自动校准的重要参数。如果有误差，会造成测量探头的非正常碰撞，轻者损坏测量探头，重者损坏测量探头。一定要注意。

5)正确输入标准球的直径。从上述校准测头的原理可知，标准球的直径值直接影响测头宝石球直径的校准值。虽然这是一个“小概率事件”，但对于初学者来说是有可能的。