基于Calypso的三坐標(biāo)測量機(jī)精度校準(zhǔn)

趙慶嶸

南通市計(jì)量檢定測試所 江蘇 南通 226011

前言

三坐標(biāo)測量機(jī)是基于坐標(biāo)測量的集光、機(jī)、電一體的數(shù)字化測量儀器。它可以對復(fù)雜零部件的幾何尺寸、形狀位置公差、曲線曲面等進(jìn)行高精度、高效率的測量與評定，主要由測量機(jī)主機(jī)、控制系統(tǒng)、測頭測座系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)（測量軟件）等幾部分組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，坐標(biāo)測量機(jī)可分為：移動橋式、固定橋式、龍門式、L型橋式、懸臂式、便攜式關(guān)節(jié)臂等。根據(jù)測量精度的不同，可分為：高精度、普通型和經(jīng)濟(jì)型。目前廣泛應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)械制造業(yè)、航空航天和電子工業(yè)等領(lǐng)域。

為確保零件的尺寸和技術(shù)性能符合要求，三坐標(biāo)測量機(jī)必須處于一個良好、穩(wěn)定的狀態(tài)。通過對坐標(biāo)測量機(jī)校準(zhǔn)結(jié)果的分析，既給用戶提供了可靠的測量依據(jù)，同時也檢查了機(jī)器的工作狀態(tài)，從而保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。根據(jù)JJF1064-2010《坐標(biāo)測量機(jī)校準(zhǔn)規(guī)范》的規(guī)定，對使用接觸式探測系統(tǒng)的坐標(biāo)測量機(jī)，采用量塊或步距規(guī)作為尺寸實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器，本文以量塊作為尺寸實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器，基于Calypso軟件對蔡司三坐標(biāo)（測量范圍：X：500mm；Y：500mm；Z：500mm）的尺寸測量示值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

一、準(zhǔn)備工作

開機(jī)：依次打開氣源、電源、控制柜電源、驅(qū)動、計(jì)算機(jī)。啟動Calypso軟件，測量機(jī)移動至其零點(diǎn)位置。

探針選擇：φ3mm的測針，依次校準(zhǔn)A0B0、A0B90、A45B45、A-45B45、A135B45、A-135B45測針角度。

探針校準(zhǔn)：先校準(zhǔn)主探針，再校準(zhǔn)工作探針。Calypso用參考球來校準(zhǔn)探針，參考球作為主探針和工作探針之間的聯(lián)系和紐帶，參考球用主探針定位，然后工作探針用參考球來校準(zhǔn)。

裝夾量塊：每個方向用5塊量塊，最大長度不小于測量空間對角線長度的66%，最小長度不大于30mm，其他量塊長度間隔基本均勻。7個不同方向，至少包含四個空間對角線方向。

二、測量方法

以校準(zhǔn)該測量機(jī)X軸為例，測針角度選擇A0B0。

1、建立基礎(chǔ)坐標(biāo)系：用3-2-1法則，通過上平面的3點(diǎn)計(jì)算出平面base，并將其設(shè)置為空間旋轉(zhuǎn)方向，同時Z方向零點(diǎn)也在上表面上；將前面的2點(diǎn)計(jì)算為直線base，并將其設(shè)置為平面旋轉(zhuǎn)方向，同時X方向零點(diǎn)也在該直線上；將側(cè)面的1點(diǎn)base作為Y-原點(diǎn)。

2、編輯測量任務(wù)：按照基礎(chǔ)坐標(biāo)系的方法在量塊1建立輔助坐標(biāo)系1。具體設(shè)置如下：

（1）在量塊1的上平面測量平面1（4個測量點(diǎn)），在元素中設(shè)置“長度1”的名義值為400.0000（量塊1標(biāo)稱值），設(shè)置“長度2”的名義值為：7.7000（量塊間距值），打開策略窗口，點(diǎn)擊“測量點(diǎn)”，用公式法編輯測量點(diǎn)③、測量點(diǎn)④的X-坐標(biāo)：getNominal(“平面1”).len-5。測量點(diǎn)位置見圖1。

圖1 量塊測量點(diǎn)位置示意圖

（2）在量塊1前面測量2-D直線1（2個測量點(diǎn)），用公式法在元素中設(shè)置”長度”的名義值為：getNominal(“平面1”).len。打開策略窗口，用公式法編輯測量點(diǎn)②的X-坐標(biāo)：getNominal(“平面1”).len-5。測量點(diǎn)位置見圖1。

（3）在量塊1側(cè)面測量點(diǎn)1，打開策略窗口，點(diǎn)擊“測量點(diǎn)”，設(shè)置測量點(diǎn)1的X-坐標(biāo)、Y-坐標(biāo)、Z-坐標(biāo)為適當(dāng)?shù)臄?shù)值。測量點(diǎn)位置見圖1。

（4）在量塊1的兩工作面分別測量點(diǎn)1-1、點(diǎn)1-2，用公式法將點(diǎn)1-1“X”的名義值設(shè)置為：getActual(“點(diǎn)1”).x，“Y”的名義值設(shè)置為：getActual(“點(diǎn)1”).y。將點(diǎn)1-2“X”的名義值編輯為：getActual(“點(diǎn)1”).x+getNominal(“平面1”).len，“Y”的名義值編輯為：getActual(“點(diǎn)1”).y。

（5）評價測量點(diǎn)1-1、點(diǎn)1-2的綜合距離。按照校準(zhǔn)規(guī)范要求，每個點(diǎn)需測量3次，評價3個尺寸。

（6）重復(fù)上述步驟，依次測量量塊2～5。

3、定義安全平面，并設(shè)置安全距離、回退距離、探針選擇、元素手動CNC模式。

4、保存測量程序，啟動CNC程序。

5、分析結(jié)果報(bào)告。如果測量后機(jī)器精度在最大允許誤差范圍內(nèi)，則符合要求，否則應(yīng)根據(jù)用戶的使用情況和零部件的公差要求，建議用戶把機(jī)器的精度進(jìn)行補(bǔ)償。

三、注意事項(xiàng)

1、校準(zhǔn)前，要用無塵布清潔參考球、測針和量塊。

2、開機(jī)時要檢查環(huán)境溫度、濕度和氣壓，環(huán)境溫度控制在(20±2)℃，濕度：40%～60%，氣壓：(0.48～0.6)MPa。

3、CNC程序中的安全平面、安全距離、回退距離、測針的選擇和方向設(shè)置要合適，以確保設(shè)備測針安全平穩(wěn)運(yùn)行?？蛇m當(dāng)增加中間點(diǎn)，中間點(diǎn)僅在測量元素中可用。

4、校準(zhǔn)時，要保證量塊牢固穩(wěn)定、不晃動，量塊之間的間隙要基本一致。當(dāng)量塊大于100mm時，量塊的支撐點(diǎn)要在艾利點(diǎn)位置。

結(jié)束語

坐標(biāo)測量機(jī)的校準(zhǔn)工作是一個長期積累和學(xué)習(xí)的過程，本文提出的方法簡單、直觀、便于操作，能夠高效率、智能化的完成坐標(biāo)測量機(jī)的精度校準(zhǔn)，希望對大家有所幫助和啟發(fā)。