測針和測頭對機床在機測量精度的影響

測杆和（hé）測球是三坐標（biāo）測量機的傳感器與被測工件（jiàn）表麵的關鍵連結環節。如（rú）果對於特定的測量任務選用（yòng）了不合適的測杆和測球，就可能導致測量（liàng）結果（guǒ）的不（bú）確定性和不一（yī）致性。為了實現測量精度的（de）最優化，在選（xuǎn）擇測杆和測球時必（bì）須考慮周全。

(1)測球（qiú）的圓度：大多數測杆頂端的測球都采用人造紅寶石球。測球的圓（yuán）度誤差可能會使損失高達10%的潛在測量精度。紅寶石測球的製造精度水平是用等級來定義的，而一個測球的（de）等級取決於其相對於理想球體的最大偏差（chà）。最常用的兩種測球等級（jí）為5級和（hé）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（kě）以節約一（yī）些成本，但有可能會（huì）危（wēi）及到普遍接受的測量不確定度與形狀公差5∶1 之比。雖然符（fú）合標準的5級測球（qiú）可能成本稍貴一些，但與可能使一個合格零（líng）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（liào）：雖然紅寶石是（shì）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（zài）掃描測量時，測球（qiú）沿著工件表麵滑行，會產生摩擦磨損（sǔn）。在極端（duān）情況下，這種長期接觸可能會導致測（cè）球材料從（cóng）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（qiú）的某一部位與工件（jiàn）經常保持接（jiē）觸時，這種圓度誤差就會（huì）不斷增大。

在掃描測量某些材料(如鑄鐵)表麵時（shí），可能會發生磨粒磨（mó）損。殘留的微小顆粒可能會導（dǎo）致（zhì）測球和工件表麵被輕微劃傷，從而在測（cè）球上（shàng）形成一個微小（xiǎo）“平麵”。對於此類測量，硬度更高的氧化鋯測球是一種不錯的（de）選擇。粘結磨損通常發（fā）生在測球材（cái）料與工（gōng）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（wéi）人造紅寶石的主要成分是氧化鋁。從相對較軟的（de）鋁件上轉移到測球上的材料可能（néng）生成一層“塗層”，從而降低測球的圓度精度。在這種情（qíng）況下（xià），氮化矽測球（qiú）是（shì）更好的選擇，因為這種材料具有良好的耐（nài）磨（mó）性，而且對鋁沒有親合力。

(3)測（cè）杆的撓曲：測量精度隨著測杆長（zhǎng）度的增加而降低，因此長測杆並（bìng）不適合測量（liàng）所有的工件（jiàn）特征(事實上，采用具有最大剛度、盡（jìn）可能短的測杆才是正確的做（zuò）法（fǎ）)。雖（suī）然測（cè）杆並不會直（zhí）接（jiē）引起這種特定的誤差（chà），但測杆長度會將誤差放大。當測頭從不同的方向與工件接觸時，因觸發所（suǒ）需要的測量力不同，就會引起預行程的（de）變化，從而產（chǎn）生這種誤差。用標準圓對測頭進行校準可以減小這種預行程誤差，但並不能完全消除它。

測杆的撓性會放大預行程的變化。雖然鋼（gāng）也適合製造一些短測杆，但硬質（zhì）合金是剛性最好的測杆材料。然而，由於（yú）硬質合金（jīn）密度大，因此不適合用於長測杆（gǎn）。陶（táo）瓷測杆通常可（kě）用於既需要剛性好，又要求重量輕的測量任務。同樣，碳纖維通常也可用（yòng）於製造很長的測杆。

(3)熱穩定性：溫度波動可能會引起很（hěn）大的測量誤差。選用（yòng）適（shì）當的（de）接長（zhǎng）杆材料，就能在環境條件發生變化的情況下，獲得更好（hǎo）的穩定性，提供一致性更好的測量（liàng）結果。具有低熱脹係數（shù）的材料是首選的測杆材料(尤其是在使用（yòng）長測杆時)，因為熱膨（péng）脹量取決於長（zhǎng）度。碳纖（xiān）維是最（zuì）常用的長測杆和接長杆材料（liào），因為這種材料既（jì）硬又輕。鈦合金兼具（jù）良好（hǎo）的強度、穩定性和密（mì）度，非常適合用於製造（zào）測杆的金屬零件(如接頭和活動關節)。