坐标测量机测头标定是测量过程中非常重要的一个环节，在标定过程中产生的误差将影响z终的测量结果，特别是标定不同位置、角度和长度的测头时，标定结果的准确性显得尤其重要。在后续的测量过程中发现问题，再重新标定测头，将会增加较大的工作量，降低工作效率。

一、测头标定的原因

坐标测量机测头需要标定的原因主要有以下4个方面：

1：获得测头测针的红宝石球的补偿直径

在测量过程中，测针上的红宝石球以点接触的形式接触被测零部件的测量部位，同时测头上的传感器会产生一个接触信号，该信号被光栅计数系统采集后，光栅计数系统会将此时的光栅计数器锁存并传递给计算机测量系统，测量系统收集的是一个空间几何坐标点（x，y，z）。

实际上，该坐标点是测针红宝石球的球心坐标，该坐标点与测量过程中所需的测针与被测量零部件接触点的坐标之间存在已知的数值关系，即相差一个测针红宝石球的半径值。所以，为了计算出测针红宝石球与被测零部件测量部位接触点的空间几何坐标，必须通过测头标定来获得测针红宝石球的直径，即补偿直径。

2 : 获得测针在不同位置与其在第 一个位置之间具体的数值关系

该原因主要是针对多探针系统的坐标测量机。

在用坐标测量机进行具体的测量过程中，被测零部件不能随意搬动和翻转。

为了方便测量，通常需根据具体情况科学合理地选择合适长度、形状的测头（如柱形、星形和针形等）和测头位置。

为了使选择的不同测针、测头不同位置所测量的数值能够直接进行计算，需要把它们之间的相互关系先进行测量，然后在计算时进行数值换算。

因此，为了获得测针在不同位置与其在第 一个位置之间具体的数值关系，在测量的前期准备工作中通常需先进行测头标定。

3 : 理论测杆长度与实际测杆长度的误差

坐标测量机测量过程中，由于一些工件比较复杂或者孔比较深等原因，需要使用加长的测量杆。测量力会使测杆产生很微小的形变弯曲。弯曲量的大小除了和测量力的大小有关还与测杆长度有关。

一些主轴可旋转的坐标测量机还需考虑测球中心与主轴不在一条直线上所引起的偏心。所以在使用之前需要对测杆测头进行标定。

4 :测头旋转角度之误差

使用三坐标测量机对工件进行测量时，其z佳状态是让测针在竖直方向进行测量。

对于复杂型面工件需要旋转角度采点测量，而测座的旋转角度由于不符合阿贝原则会引入阿贝误差，并且测头在旋转过程中会引入机械误差。

二、标准球原理与标定直径

1 : 标准球原理

在进行测针红宝石球标定时，配合标准球使用。常见的标准球直径一般在（10-50）mm之间，其基本数值和形状误差均已按计量技术规范校准，出厂附件中所配置的标准球一般都会带有校准证书。

标定测头之前必须先在测量系统中对测头进行定义，如选择测座、测头、加长杆、测针、标准球实际直径等参数，同时需要定义测头编号，该编号能区别测头的位置、角度和长度。然后用手动、操纵杆、自动方式在标准球的球表面四周以点接触的方式测量5点以上（通常推荐测量8-12点），测量的一系列点必须分布均匀。

测量系统在采集到一系列点的坐标（测针红宝石球的球心坐标）后，按程序对这些点的坐标进行数值拟合计算，获得拟合的虚拟球球心坐标、直径和形状误差。拟合的虚拟球球心直径与标准球的实际校准直径之差，即为标定后的测针红宝石球直径的标定值，亦可成为红宝石球的“标定直径”。

同理，其他位置、角度和长度的测针均按照上述原理和方法进行标定，根据各拟合虚拟球的球心坐标，获得各测头之间的空间相对位置关系，测量系统根据标定结果计算出测头位置关系矩阵。

当采用不同位置、角度和长度的测针对同一个零部件不同部位的元素进行测量时，测量系统都会把选用的不同测针转换到同一个编号的测头测针上，就像每次都在用同一个测头测针进行测量一样。

经过在同一标准球（未更换过空间位置的）上标定过的测头，都能准确地实现这种自动转换功能，这种自动转换的功能为测量带来了极大的便利。

2 : 标定直径

在实际测量过程中，不难发现存在测头测针标定后的“标定值”小于名义值的现象，但是该现象不会影响测量机的测量准确度。

相反，还会对触测信号的延时和测针的微小形变产生补偿作用。在坐标测量机测量过程中，测量系统会对测头测针红宝石球半径进行修正（即上文提到把测针红宝石球球心坐标换算到触测点的空间坐标），这种修正使用的是“标定直径"而不是“名义直径”。

该现象产生的原因有以下3个方面：

（1）触发式的测头在原理上相当于杠杆结构。点接触测量时，必须使测头的传感器能够触发才能发出信号。

由于测针（相当于力臂）有一定的长度，所以在测针的宝石球接触到标准球后，还要运行一段距离，才能触发传感器，测针越长，这段距离就越大。因此导致触发信号有一定的延迟，使拟合球的直径小于测针宝石球直径和标准球直径之和。

测量时把拟合球的直径减去标准球的实际校准直径后，得到的标定后测头测针直径的标定值小于其名义值。

（2）测头测针在点接触式测量过程中，会产生极其微小的形变，这种形变会加大触发信号的延迟，这也是造成这种现象的原因之一。

（3）测头传感器的触发信号传递给计数器所需的时间是固定的。但是在触发信号传递的这段时间内，光栅读数的变化率与坐标测量机的触测速度是相关的，触测速度快时，测针的“标定直径"就小。