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蔡司 計(jì)量人的計(jì)量日發(fā)布日期：2022-06-09 09:50:42
公司的小目標(biāo)是購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)高精度的蔡司三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。經(jīng)濟(jì)恢復(fù)了，預(yù)算充足了，機(jī)器終于安裝到位了。專(zhuān)門(mén)為它準(zhǔn)備了新的測(cè)量室，明亮干凈，四季恒溫恒濕。畢竟優(yōu)良的環(huán)境可以保證其精度，但我們不禁要問(wèn):蔡司三坐標(biāo)精度高的“精髓”是什么？有沒(méi)有什么指標(biāo)，像體檢，用什么方式可以檢查？
第一個(gè)表現(xiàn)三坐標(biāo):
長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。
ISO 10360-2:使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量長(zhǎng)度
準(zhǔn)確度是指測(cè)量值與其真實(shí)值的接近程度。簡(jiǎn)而言之，姚明身高2米26。在同樣的前提下，1號(hào)尺子量出2.26.5米，2號(hào)尺子量出1.47米。單就精度而言，1號(hào)尺比2號(hào)尺更精確。重復(fù)性是指在相同的早期進(jìn)行正常和正確的測(cè)量后，在95%概率水平下兩個(gè)獨(dú)立測(cè)試結(jié)果之間的巨大差異。同樣，姚明身高測(cè)了一百次，大多在兩米二十五點(diǎn)五到兩米二十六點(diǎn)五之間，只有一兩次測(cè)到了一米四十七，可以認(rèn)為是偶然，其重復(fù)性就在這一厘米之間。
當(dāng)然CMM會(huì)精確到更多的小數(shù)位，重復(fù)性會(huì)更小。
不同于使用傳統(tǒng)的長(zhǎng)度測(cè)量工具，CMM長(zhǎng)度測(cè)量的定義將是復(fù)雜的。
表示在校準(zhǔn)測(cè)試長(zhǎng)度上獲得的探針前進(jìn)和探針軸之間的橫向距離L的測(cè)量值的誤差。根據(jù)ISO 10360-2的說(shuō)法，在確定長(zhǎng)度的測(cè)量誤差時(shí)，我們需要準(zhǔn)備一個(gè)量規(guī)或步規(guī)，在機(jī)器測(cè)量空間的七個(gè)位置測(cè)量五個(gè)不同的長(zhǎng)度。每個(gè)長(zhǎng)度測(cè)量3次，總共產(chǎn)生105個(gè)測(cè)量值。要求測(cè)量值與校準(zhǔn)值的偏差不超過(guò)MPE(E0)，這樣機(jī)器的長(zhǎng)度測(cè)量性能才合格。
測(cè)量空間的七個(gè)位置如上圖所示，即四條空間對(duì)角線和三條平面對(duì)角線。
你注意到上面提到的兩個(gè)術(shù)語(yǔ)了嗎，MPE和E0？MPE意味著大的允許誤差。本項(xiàng)描述了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)需要校準(zhǔn)樣品時(shí)的測(cè)量誤差。例如，長(zhǎng)度測(cè)量誤差EL就是這種情況。EL的l可以是0，也可以是150，當(dāng)然也可以是其他值。當(dāng)l為0時(shí)，為E0，就是上面提到的情況。
最大允許誤差的長(zhǎng)度有其標(biāo)準(zhǔn)，
表示為MPE(E0)，通常帶有
MPE(E0)=A+L/K或
MPE (E0) = A+F.L/K。
這兩種方法完全一樣。例如，MPE (E0) = 2.5+1.5 L/333和MPE(E0)= 2.5+L/222表示相同的精度。畢竟前一個(gè)k和后一個(gè)k/L是一個(gè)值。
了解了這些知識(shí)，相信你能在校準(zhǔn)報(bào)告里看到這張圖。
說(shuō)到精度，下面我們就來(lái)介紹一下重復(fù)性，不過(guò)在介紹重復(fù)性之前，先介紹一下MPE最大允許誤差的表親:MPL，名字叫最大允許極限。如果在測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有確定測(cè)量誤差，即沒(méi)有必要使用校準(zhǔn)樣品進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，將再次使用MPL，重復(fù)性區(qū)間R0就是這種情況。那么驗(yàn)證機(jī)器的時(shí)候怎么得到MPL(R0)呢？
有必要通過(guò)使用長(zhǎng)度測(cè)量誤差從E0的最大值中減去最小值，該長(zhǎng)度測(cè)量誤差通過(guò)在七個(gè)位置(即上述E0)對(duì)五個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行三次重復(fù)測(cè)量而獲得。換句話說(shuō)，我們要得到35個(gè)音程，由5個(gè)長(zhǎng)度和7個(gè)位置分隔在一起。在內(nèi)部，有三組數(shù)據(jù)測(cè)量三次，沒(méi)有橫向探頭偏移和額外的測(cè)量工作。我們將它們與重復(fù)性區(qū)間MPL(R0)進(jìn)行比較，以確定其重復(fù)精度。
上述檢驗(yàn)和測(cè)試不僅需要滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室必要的環(huán)境要求(如溫度、濕度、潔凈度)，還需要校準(zhǔn)所用工件的不確定度和熱膨脹系數(shù)。同樣，固定方法和操作的標(biāo)準(zhǔn)化也很重要。
測(cè)量點(diǎn)三坐標(biāo)讀數(shù)能力:掃描精度
ISO 10360-4:掃描模式下的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)
掃描探頭的掃描誤差和掃描時(shí)間是我們關(guān)心的兩個(gè)參數(shù)。為了了解這兩個(gè)參數(shù)的來(lái)源，我們首先介紹掃描精度的測(cè)試條件。
用直徑3 mm的探頭掃描一個(gè)直徑25 mm的標(biāo)準(zhǔn)球，掃描四條已知路徑，如下圖:1。標(biāo)準(zhǔn)球的赤道，路徑A；2.赤道面偏移為8 mm的圓形路徑B；3.穿過(guò)極點(diǎn)的180度半弧C；4.將C旋轉(zhuǎn)90度，然后將另一個(gè)半弧D偏移8 mm。赤道和極點(diǎn)由探頭的方向定義。這里，建議傾斜探頭，使掃描范圍覆蓋所有機(jī)器軸。
THP是掃描檢測(cè)誤差，是指在已知輪廓模式下掃描的所有四個(gè)橫截面點(diǎn)的徑向距離的最大值Rmax和最小值Rmin之差。此外，從測(cè)試球校準(zhǔn)半徑開(kāi)始的所有單個(gè)徑向距離的最大絕對(duì)誤差不得大于THP的規(guī)格值。
掃描持續(xù)時(shí)間:τ，指從距離測(cè)試球10 mm的初始位置到距離測(cè)試球10 mm的最終位置的四條掃描路徑的運(yùn)行時(shí)間。由于掃描精度與速度的相關(guān)性，掃描測(cè)試是一種性能測(cè)試，其中必須為四條路徑的運(yùn)行時(shí)間指定時(shí)間τ。
測(cè)量點(diǎn)三坐標(biāo)讀數(shù)能力:檢測(cè)誤差
ISO 10360-5:帶接觸式測(cè)頭系統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的單探針測(cè)頭誤差
為了測(cè)量單個(gè)探針的檢測(cè)誤差，應(yīng)該用直徑為10-50mm的標(biāo)準(zhǔn)球的半球上的探針均勻地檢測(cè)25個(gè)單點(diǎn)
PFTU:單探頭形狀誤差。使用基于高斯最小二乘球面擬合的25個(gè)中心點(diǎn)的球面半徑距離。該測(cè)試通常在所有其他測(cè)試之前完成，因?yàn)橥ㄟ^(guò)該測(cè)試可以快速檢測(cè)出探頭系統(tǒng)中可能存在的薄弱環(huán)節(jié)。
PSTU單探針的尺寸誤差。通過(guò)計(jì)算測(cè)試球的校準(zhǔn)直徑和由25個(gè)檢測(cè)點(diǎn)計(jì)算的高斯最小二乘球擬合的直徑之間的差異。對(duì)于PSTU，沒(méi)有規(guī)定最大允許誤差，但是根據(jù)ISO 10360-2，這個(gè)結(jié)果可以用來(lái)獲得單向測(cè)量和雙向測(cè)量之間的比較結(jié)果。
看完這里，我們已經(jīng)了解了機(jī)器精度的校準(zhǔn)方法和參數(shù)。有了這些知識(shí)，你不妨去找身邊機(jī)器的檢驗(yàn)報(bào)告，通過(guò)參數(shù)文字和圖表來(lái)分析機(jī)器的精密性能。您也可以查看新修訂的ISO 10360標(biāo)準(zhǔn)，以更深入地了解標(biāo)準(zhǔn)之美。