基于Calypso的三坐標測量機精度校準

趙慶嶸

南通市計量檢定測試所 江蘇 南通 226011

前言

三坐標測量機是基于坐標測量的集光、機、電一體的數字化測量儀器。它可以對復雜零部件的幾何尺寸、形狀位置公差、曲線曲面等進行高精度、高效率的測量與評定，主要由測量機主機、控制系統、測頭測座系統及計算機（測量軟件）等幾部分組成。根據結構形式的不同，坐標測量機可分為：移動橋式、固定橋式、龍門式、L型橋式、懸臂式、便攜式關節臂等。根據測量精度的不同，可分為：高精度、普通型和經濟型。目前廣泛應用于機床、機械制造業、航空航天和電子工業等領域。

為確保零件的尺寸和技術性能符合要求，三坐標測量機必須處于一個良好、穩定的狀態。通過對坐標測量機校準結果的分析，既給用戶提供了可靠的測量依據，同時也檢查了機器的工作狀態，從而保證測量數據的準確可靠。根據JJF1064-2010《坐標測量機校準規范》的規定，對使用接觸式探測系統的坐標測量機，采用量塊或步距規作為尺寸實物標準器，本文以量塊作為尺寸實物標準器，基于Calypso軟件對蔡司三坐標（測量范圍：X：500mm；Y：500mm；Z：500mm）的尺寸測量示值誤差進行校準。

一、準備工作

開機：依次打開氣源、電源、控制柜電源、驅動、計算機。啟動Calypso軟件，測量機移動至其零點位置。

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

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

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

以校準該測量機X軸為例，測針角度選擇A0B0。

1、建立基礎坐標系：用3-2-1法則，通過上平面的3點計算出平面base，并將其設置為空間旋轉方向，同時Z方向零點也在上表面上；將前面的2點計算為直線base，并將其設置為平面旋轉方向，同時X方向零點也在該直線上；將側面的1點base作為Y-原點。

2、編輯測量任務：按照基礎坐標系的方法在量塊1建立輔助坐標系1。具體設置如下：

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

圖1 量塊測量點位置示意圖

（2）在量塊1前面測量2-D直線1（2個測量點），用公式法在元素中設置”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②的X-坐標：getNominal(“平面1”).len-5。測量點位置見圖1。

（3）在量塊1側面測量點1，打開策略窗口，點擊“測量點”，設置測量點1的X-坐標、Y-坐標、Z-坐標為適當的數值。測量點位置見圖1。

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

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

（6）重復上述步驟，依次測量量塊2～5。

3、定義安全平面，并設置安全距離、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、分析結果報告。如果測量后機器精度在最大允許誤差范圍內，則符合要求，否則應根據用戶的使用情況和零部件的公差要求，建議用戶把機器的精度進行補償。

三、注意事項

1、校準前，要用無塵布清潔參考球、測針和量塊。

2、開機時要檢查環境溫度、濕度和氣壓，環境溫度控制在(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置要合適，以確保設備測針安全平穩運行。可適當增加中間點，中間點僅在測量元素中可用。

4、校準時，要保證量塊牢固穩定、不晃動，量塊之間的間隙要基本一致。當量塊大于100mm時，量塊的支撐點要在艾利點位置。

結束語

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