基于Calypso的三坐标测量机精度校准

赵庆嵘

南通市计量检定测试所 江苏 南通 226011

前言

三坐标测量机是基于坐标测量的集光、机、电一体的数字化测量仪器。它可以对复杂零部件的几何尺寸、形状位置公差、曲线曲面等进行高精度、高效率的测量与评定，主要由测量机主机、控制系统、测头测座系统及计算机（测量软件）等几部分组成。根据结构形式的不同，坐标测量机可分为：移动桥式、固定桥式、龙门式、L型桥式、悬臂式、便携式关节臂等。根据测量精度的不同，可分为：高精度、普通型和经济型。目前广泛应用于机床、机械制造业、航空航天和电子工业等领域。

为确保零件的尺寸和技术性能符合要求，三坐标测量机必须处于一个良好、稳定的状态。通过对坐标测量机校准结果的分析，既给用户提供了可靠的测量依据，同时也检查了机器的工作状态，从而保证测量数据的准确可靠。根据JJF1064-2010《坐标测量机校准规范》的规定，对使用接触式探测系统的坐标测量机，采用量块或步距规作为尺寸实物标准器，本文以量块作为尺寸实物标准器，基于Calypso软件对蔡司三坐标（测量范围：X：500mm；Y：500mm；Z：500mm）的尺寸测量示值误差进行校准。

一、准备工作

开机：依次打开气源、电源、控制柜电源、驱动、计算机。启动Calypso软件，测量机移动至其零点位置。

探针选择：φ3mm的测针，依次校准A0B0、A0B90、A45B45、A-45B45、A135B45、A-135B45测针角度。

探针校准：先校准主探针，再校准工作探针。Calypso用参考球来校准探针，参考球作为主探针和工作探针之间的联系和纽带，参考球用主探针定位，然后工作探针用参考球来校准。

装夹量块：每个方向用5块量块，最大长度不小于测量空间对角线长度的66%，最小长度不大于30mm，其他量块长度间隔基本均匀。7个不同方向，至少包含四个空间对角线方向。

二、测量方法

以校准该测量机X轴为例，测针角度选择A0B0。

1、建立基础坐标系：用3-2-1法则，通过上平面的3点计算出平面base，并将其设置为空间旋转方向，同时Z方向零点也在上表面上；将前面的2点计算为直线base，并将其设置为平面旋转方向，同时X方向零点也在该直线上；将侧面的1点base作为Y-原点。

2、编辑测量任务：按照基础坐标系的方法在量块1建立辅助坐标系1。具体设置如下：

（1）在量块1的上平面测量平面1（4个测量点），在元素中设置“长度1”的名义值为400.0000（量块1标称值），设置“长度2”的名义值为：7.7000（量块间距值），打开策略窗口，点击“测量点”，用公式法编辑测量点③、测量点④的X-坐标：getNominal(“平面1”).len-5。测量点位置见图1。

图1 量块测量点位置示意图

（2）在量块1前面测量2-D直线1（2个测量点），用公式法在元素中设置”长度”的名义值为：getNominal(“平面1”).len。打开策略窗口，用公式法编辑测量点②的X-坐标：getNominal(“平面1”).len-5。测量点位置见图1。

（3）在量块1侧面测量点1，打开策略窗口，点击“测量点”，设置测量点1的X-坐标、Y-坐标、Z-坐标为适当的数值。测量点位置见图1。

（4）在量块1的两工作面分别测量点1-1、点1-2，用公式法将点1-1“X”的名义值设置为：getActual(“点1”).x，“Y”的名义值设置为：getActual(“点1”).y。将点1-2“X”的名义值编辑为：getActual(“点1”).x+getNominal(“平面1”).len，“Y”的名义值编辑为：getActual(“点1”).y。

（5）评价测量点1-1、点1-2的综合距离。按照校准规范要求，每个点需测量3次，评价3个尺寸。

（6）重复上述步骤，依次测量量块2～5。

3、定义安全平面，并设置安全距离、回退距离、探针选择、元素手动CNC模式。

4、保存测量程序，启动CNC程序。

5、分析结果报告。如果测量后机器精度在最大允许误差范围内，则符合要求，否则应根据用户的使用情况和零部件的公差要求，建议用户把机器的精度进行补偿。

三、注意事项

1、校准前，要用无尘布清洁参考球、测针和量块。

2、开机时要检查环境温度、湿度和气压，环境温度控制在(20±2)℃，湿度：40%～60%，气压：(0.48～0.6)MPa。

3、CNC程序中的安全平面、安全距离、回退距离、测针的选择和方向设置要合适，以确保设备测针安全平稳运行。可适当增加中间点，中间点仅在测量元素中可用。

4、校准时，要保证量块牢固稳定、不晃动，量块之间的间隙要基本一致。当量块大于100mm时，量块的支撑点要在艾利点位置。

结束语

坐标测量机的校准工作是一个长期积累和学习的过程，本文提出的方法简单、直观、便于操作，能够高效率、智能化的完成坐标测量机的精度校准，希望对大家有所帮助和启发。