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三坐標測量機測球的圓度及材料

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測桿和測球是三坐標測量機(CMM)的傳感器與被測工件表面的關鍵連結環節。如果對于特定的測量任務選用了不合適的測桿和測球,就可能導致測量結果的不確定性和不一致性。為了實現CMM測量精度的最優化,在選擇測桿和測球時必須考慮周全。
(1)測球的圓度:大多數CMM測桿頂端的測球都采用人造紅寶石球。測球的圓度誤差可能會使CMM損失高達10%的潛在測量精度。紅寶石測球的制造精度水平是用等級來定義的,而一個測球的等級取決于其相對于理想球體的最大偏差。最常用的兩種測球等級為5級和10級(其球度誤差分別為 0.13µm和0.25µm)。盡管從使用5級測球改為使用10級測球可以節約一些成本,但有可能會危及到普遍接受的CMM測量不確定度與形狀公差5∶1 之比。雖然符阿合標準的5級測球可能成本稍貴一些,但與可能使一個合格零件報廢或使一個不合格零件蒙混過關相比,這種成本代價顯得微不足道。
 (2)測球的材料:雖然紅寶石是最常用的測球材料,但其他材料可能更適合進行接觸掃描測量。在掃描測量時,測球沿著工件表面滑行,會產生摩擦磨損。在極端情況下,這種長期接觸可能會導致測球材料從球上被磨除(磨粒磨損),或工件材料被粘著到測球上(粘結磨損)。無論哪一種情況,都會影響測球的圓度。當測球的某一部位與工件經常保持接觸時,這種圓度誤差就會不斷增大。
在掃描測量某些材料(如鑄鐵)表面時,可能會發生磨粒磨損。殘留的微小顆??赡軙е聹y球和工件表面被輕微劃傷,從而在測球上形成一個微小“平面”。對于此類測量,硬度更高的氧化鋯測球是一種不錯的選擇。粘結磨損通常發生在測球材料與工件材料具有化學親和力的情況下,在用人造紅寶石測球掃描測量鋁件時較為常見,因為人造紅寶石的主要成分是氧化鋁。從相對較軟的鋁件上轉移到測球上的材料可能生成一層“涂層”,從而降低測球的圓度精度。在這種情況下,氮化硅測球是更好的選擇,因為這種材料具有良好的耐磨性,而且對鋁沒有親合力。
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