‍コア要素-座標測定機専用測針選択ガイド

ニーズに最適な針を選択する際に考慮すべき重要な要素があります。

測定針の選択に考慮すべき要素

座標測定機の測定結果がどのように正確である必要があるかを評価する際、通常の方法は少なくとも1：5（1：10は理想的な比率であるが、高すぎて多くの場合は実行できない）の座標測定機の不確定度と特徴公差比を採用することである。この比率は安全係数を提供し、測定結果の不確定性と予想されるワーク誤差範囲の比率が相対的に小さいことを保証する。極めて厳しい公差レベルで1：5の比率を保つことができれば、精度に関する議論は止まるだろう。

残念なことに、測定ヘッド上の測定針を交換するなどの目立たない操作は、実現可能な実際の精度に大きな影響を与え、測定結果の送信に顕著な変化をもたらす。座標測定機の年間較正検査に依存するこの精度は十分ではありません。これは、テストに使用される針（通常は短い）の測定結果しか確認できないためです。これは最高の精度にすぎないかもしれません。様々な測定の可能な精度をより包括的に理解するためには、測定針がどのように測定不確実性に影響するかを評価する必要があります。

このセクションでは、座標測定機の全体精度に影響を与える測針選択の4つの主要な側面について説明します。

1.測球度（円度）

2.検針変形

3.熱安定性

4.先端測定材料の選択（走査応用）

そくきゅうど

ほとんどの測定針の測定先端はボールヘッドであり、最も一般的な材料は人工ルビーである。このような尖球度（円度）の誤差は、座標測定機の精度が10%低下することになる可能性があります。

ルビー測球には「等級」と定義される様々な精度レベルがあり、測球と理想球面の最大オフセット量を指す。2つの最も一般的な測球指標は5級と10級（等級数字が低いほど測球が良い）である。測定球の等級は5級から10級に「降下」し、測定針はわずかなコストを節約する可能性があるが、いわゆる1：5比率の理論に影響を与える可能性が高い。

問題は、測球レベルは肉眼では認識できず、測定結果に果たす役割は明らかではないため、重要であるかどうかを推定するのは難しいということだ。1つの方法は、5級測球を標準配置に指定することです。この測球のコストも少し高いかもしれませんが、測球の原因で合格部品が廃品になったり、不合格部品を合格部品と誤測したりする高リスクに比べて、このコストは取るに足らないものです。常識的ではないのは、座標測定機の精度が高いほど、球レベルの影響が大きいことだ。最高規格の座標測定機では、この影響により精度が10%低下します。

次の例を参照してください...

ISO 10360-2（MPEp）の典型的な測定誤差に符合し、5段階の測定針を用いて測定した：

· MPEp = 1.70 μm

この数字は25個の離散点を測定することによって得られ、各離散点は25個の個別の半径と推定される。半径の変化範囲はMPEp値である。これに対して球の円度を測定することは直接的な影響を与えますが、この例では5段の球を10段に変えて0.12μm増加させ、測定誤差を7%増加させました：

· MPEp = 1.82μm

注意：球の丸みを測るのも正しいMPE_THP影響を与え、MPE_THP球面上の4つの走査経路を用いて走査ヘッドの性能を評価した。

注：

· 5級測球度＝0.13μm

· 10級測球度＝0.25μm

要求が極めて厳しい応用に対して、レニサウは球度が0.08μmしかない3級測球を配合した一連の測針を提供した。

ゲージピン変形

トリガ式プローブを使用する場合（例えば業界標準のTP 20）、一般的な方法はプローブモジュールを交換し、最適化された異なるプローブを用いて異なる測定タスクを実行することである。すべての特徴測定に長測針を使用しないのは、測針が長いほど精度損失が大きくなるからです。1つの良い方法は、短くて剛性の強い測定針をできるだけ選ぶことです。しかし、なぜでしょうか。

測定針はこの特定の誤差の直接的な原因ではないが、誤差は測定針の長さが長くなるにつれて大きくなることは確かである。誤差は、各方向に測定ヘッドを出発する必要がある異なる測定力に由来する。ほとんどの測定ヘッドは、測定針とワークが接触した瞬間にトリガされるものではありません。センサ機構内のばね荷重を超えるためには、測定力を絶えず大きくする必要があります。この弾性力は測定針を変形させる。この変形により、測定ヘッドは物理的接触が発生した後、トリガが発生する前にワークに対して短距離で移動することができる。この移動は、いわゆるプリトリガストロークです。

ほとんどの測定ヘッドの3点機械的位置決め機構は、要求に応じて異なる測定力を提供してトリガを発生することができる。剛性の強い方向では、より大きな針変形量が現れるまでトリガが妨げられます。これは、座標測定機会がより遠く移動することを意味するため、プリタッチ発行路は進角によって異なる（右図参照）。複合近角（X、Y、Z軸）を使用する場合、このプリトリガストロークの変化はより複雑になります。

· トリガヘッドのプレタッチ発行経路変化量

この影響を低減するために、すべての測定針は使用前に既知のサイズの標準球に標識されていた。理想的には、このプロセスは、測定針と進角の合併による誤差を修正します。実際には、時間を節約するために通常いくつかの角だけを抽出し、平均数をとるので、少量の誤差が存在し続ける可能性があります。

経験的試験を行わないと、これらの誤差が測定不確定度に与える影響を推定することは難しい。注意すべき重要な要素は、どの予備トリガストローク変化誤差も異なる測定針選択によって影響を受けることである。ここで強調するのは、測針設計における材料選択の重要性であり、測棒の可撓剛性や重量、コストなどの他の特性である。鋼は多くの短い測定針に適しており、そのYoungのモジュラスE=210 kN/mm²、一般的に使用される剛性が最も強い材料は炭化タングステン（E=620 kN/mm²）であるが、この材料は密度が高いため、長測定針に使用されることは極めて少ない。これらの例では、炭素繊維の剛性が強い（E=450 kN/mm²）と軽量の特徴が一体となっている。一方、セラミックロッド（E=300-400 kN/mm²）は通常工作機械の測定用途に用いられ、この材料は軽量で熱安定性が高いという利点がある。

測針剛性も測針アセンブリアダプタの影響を受ける。ガイドラインとしては、ヒステリシスを引き起こすため、アダプタヘッドの使用はできるだけ避けたほうがいいが、固定センサを使用して複雑なワークを測定する場合、アダプタヘッドは避けられない可能性がある。これらの場合、一連の測針、延長ロッド、継ぎ手、関節からなる構成が必要になる場合があります。改めて、測針材料を選択する際には、測針配置の剛性、重量、堅牢性に影響を与えるため、周到な考慮が重要であることを強調した。

ねつあんていせい

温度変化は深刻な測定誤差を引き起こす可能性がある。正確な針延長棒材料を選択し、温度変化の条件下でもより良い安定性を提供し、より信頼性の高い測定結果を実現することを保証する。低熱膨張係数を有する材料がより好ましく、特に長針を使用する場合、熱膨張量は針の長さと相関するためである。

炭素繊維は、上述したように、剛性が強く、軽量であり、温度の変化に応じて長さが変化しないため、長針および延長棒の最も一般的な材料である。継手、関節などの金属材料が必要な場合、チタンは強度、安定性、密度の面で完璧な組み合わせを提供します。レニサウはこの2つの材料を用いた測定ヘッドと測定針の延長棒を提供する。

· ねつぼうちょうけいすう

先端材料選択（走査応用）

ほとんどの用途では、ルビーボールは先端測定のデフォルトオプションです。しかし、場合によっては他の材料がより良い選択を提供することができます。

トリガ測定では、測定チップはワーク表面に短時間接触するだけで、相対的な移動はありません。スキャンは、測定球がワークの表面に沿って摺動し、摩擦摩耗を引き起こすため、これとは異なります。劣悪な状況では、このような継続的な接触により、ワーク材料が脱落したり、測球に付着したりして、測球度に影響を与える可能性があります。測定球の一部がワークピースに接触し続けると、これらの影響は大きくなります。レニサウはこれらの影響について広範な研究を行い、2種類の摩耗タイプを重点的に確定した：

まさつまもう

摩擦摩耗による原因は、表面を走査する際（例えば鋳鉄表面）、極小の残留微粒子が球形針とワーク表面に細かい傷をつけ、測定先端に小さな「浅い穴」ができる可能性があるためである。硬いジルコニアの先端測定は、これらの用途に最適です。

せっちゃくまもう

測定球とワークとの間に化学的親和性があると接着摩耗が発生する。この現象は、ルビー（ジルコニア）測定球を用いてアルミニウム製ワークピースを走査する際に発生する可能性がある。材料が比較的柔らかいワークピースから測定針に伝達され、測定先端にアルミニウムコーティングが形成され、さらにその丸みに影響を与えた。この場合、窒化ケイ素は耐摩耗性に優れ、アルミニウムと吸着しないため、最適な選択は窒化ケイ素である。

その他の要因

針を選択するための他の考慮事項は、次のとおりです。

· 針のねじ寸法を測定し、選択したセンサに適応する

· 測針タイプ-直線測針、星形測針、回転可能測針、またはカスタム構成

· 先端タイプ：球状、円筒状、円板状、半球状

· 表面粗さが測定精度に与える影響を最小限に抑えるための先端寸法の測定