三坐标检测之测针加长杆2021

  测针加长杆通过延长测针到测头的距离，增加了检测深度。但使用测针加长杆会因刚性降低而降低测头精度。电子测头不会出现这种情况，因为其触发力极低使之对这种误差的敏感性较低。

与选择测针组件一样，选择加长杆材料对测量也同样重要。尤其在使用长加长杆时，您要特别注意材料的热膨胀特性。

测针加长杆材料分类：

（1）钢

采用非磁性不锈钢制造的测针杆广泛用于测球/端部直径为2mm或2mm以上、最长为30mm的测针。在此范围内，钢测针杆具备了最佳的刚性与重量比，测球、测杆及螺纹公差优异，从而保证测针具备最佳的刚性。

（2）碳化钨

对于需要大刚度的小直径杆或超长杆，使用碳化钨杆是最好的选择，小直径杆是测球直径为1mm或更小的测针所需要的，而超长杆的长度可达50 mm。除此之外，由于杆与本体之间的接头可能发生偏转，因此重量可能成为问题或者刚度降低。

（3）陶瓷

对于测球直径大于3mm、长度超过30 mm的测针杆，陶瓷测针杆所具有的刚性优于钢测针杆，但重量远比碳化钨轻。

采用陶瓷杆的测头因发生碰撞时测针杆会破碎，因此测针对测头有额外的碰撞保护作用。

（4）碳纤维（Renishaw GF）

碳纤维的材料有许多级别。在任何情况下，RenishawGF在拉伸和扭曲的情况下都能提供最佳的刚度特性（这对于星形结构的测针很重要），而且重量极低。碳纤维是一种惰性材料，这种特性与特殊树脂基体相结合，在大多数极恶劣的机床环境下具有优异的防护作用。

对于长度大于50 mm的测针杆来说，Renishaw GF是刚性最高同时质量又很轻的理想材料。它是高精度应变片式测头的最佳测针杆材料，具有优异的减振性能和可忽略不计的热膨胀系数。

热稳定加长杆的特殊特性

连接部件的材质为具有正热膨胀系数的钛，而加长杆管体的材质为具有负热膨胀系数的碳纤维。这两种部件设计用于彼此匹配，因此在加热时碳纤维缩小的量与钛膨胀的量相同。

结果是这些加长杆几乎不膨胀，即使温度变化达到15-40℃时也是如此。

附注：特殊测球材料

接触扫描应用中需要让硬质测球在各种表面材料上滑动以收集测量数据。在没有任何润滑的情况下，测针测球的形状会因粘上表面材料或因磨损而改变。这就会造成测量数据的误差。

变化的程度取决于测球和表面材料的特性及接触力、扫描距离以及接触点在测球上的分布情况。

目前尚未发现单一测球材料可避免这种在一般常见加工表面所产生的现象。而红宝石对于多数应用场合都是最佳测球材料，但有两种情况下建议采用其他材料制成的测球。

第一种情况是对铝材进行高强度扫描的应用场合。因为这些材料之间有吸引力，会发生一种称为“粘附磨损”的现象使被测件表面的铝积聚在测球上。对于这种应用场合有一种更好的材料，就是氮化硅。

第二种应用是在铸铁上进行高强度扫描的应用场合，如用红宝石可能成为问题，因两种材料之间的相互作用会导致对红宝石测球表面的磨损。对这种应用场合，建议采用氧化错测球。

氮化硅具有与红宝石类似的特性。这是一种非常坚硬耐磨的陶瓷材料，可加工成精度很高的球体。

也可抛光到极为光滑的表面光洁度。氮化硅与铝之间没有吸附性，因此不存在红宝石应用在类似场合所发生的粘附磨损现象。但氮化硅在钢材表面扫描时却具有很显著的磨耗特性，因此其应用最好限制在铝质工件上。

氧化锆是一种特别坚硬的陶瓷材料，其硬度和磨损特性均接近红宝石。但其表面特性使这种材料成为在铸铁工件上进行高强度扫描的理想材料。

附注：

1.测针选型

（1）尽可能使用短而稳定的测针。

   使用长测针时务必确保其有足够的稳定性/刚性。当测头校验结果较差时，需要考虑使用的测针刚性是否合适。

（2）确保使用的测针长度和重量没有超出测头传感器的使用限制要求。

当使用的测针较细时需要考虑使用低测力吸盘或触测力更低的测头，以降低测针测量时的变形对测量精度的影响。

（3）检查使用的测针有没有缺陷，特别是螺纹连接处，确保测针的安装是可靠的。

如果测量数据重复性差，存在波动，检查测头、测针部件是否连接牢靠。经常检查测针连接是否紧固。

（4）检查测针是否磨损

如果测量精度要求高，需要更换磨损的测针。

（5）当测量机在环境温度不好的情况下使用时，确认使用的测针部件热稳定性是否好。

（6）尽可能避免过多的螺纹连接，能使用一根测针时避免使用测针组合的方式。

（7）扫描测量铝件时尽量使用氮化硅球头的测针，扫描测量铸铁件是尽量使用氧化错球头的测针。

（8）满足测量要求的前提下尽量选择球头半径较大的测针，使表面粗糙度对测量精度的影响降至最低。

（9）测针角度的调整应尽可能的与被测特征匹配，特别是固定式模拟测头使用立方体和关节时。

（10）确保使用的测力及运动速度加速度等参数适合所选测针组合。当使用较细的测针时应根据需要减小这些参数，降低测针测量时的变形对测量精度的影响。

（11）合理选择测杆长度和直径，避免干涉。

2.小测针的使用

测球直径小于等于1mm的测针，因为测杆太细，刚性较差，使用时更应该注意：

（1）测针本身长度要尽量短，以保证刚性。建议使用加长杆来来减小测针的接触力。

（2）尽量降低速度，包括扫描速度，接触速度和运行速度。

（3）对于接触式测头：

a.TP20等测头必须使用低测力吸盘。

b.最好使用TP200测头，使用低测力吸盘，并使用加长杆。

（4）对于模拟扫描测头，适当的降低测力和速度，直径小于2mm的测针建议尽量不用来扫描，如使用扫描会增加小测针的损耗。使用时要在标准测力的基础上减小测力，降低速度。

备注：

  使用小测针时，测力和速度的设置数值与工件的表面粗糙度、曲率、材质和加工偏差均有关系。所以具体数值在编程时需要进行相应的测试，尽量使用低速和低测力的情况下，达到精度、损耗和效率的最佳平衡点。例如，可以从扫描速度1mm/s开始进行测试。