三坐標測量機星型測針校正原理及校正方法

張超　張改革　劉琳

摘 要：介紹了三坐標測量機星型測針校正的校正目的和校正原理，分析了校正時探測角度范圍確定方法和標準球最佳安裝條件，指出星型測針校正的正確方法。

關鍵詞：三坐標;星型測針;測點分布;校正

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.131

在使用三坐標測量機對零件較深處的內徑和外徑，以及其內腔當中的溝槽和內腔型線等一系列的參數時，需要通過星型測針來對這些單根測針無法探測到的位置進行探測，進而實現檢測的效果。星型測針由5根呈現垂直關系的球形測針所組成，在測量的過程中為保證其準確性，在每次測量工作開始之前都需要對測針進行系統化的校正。

1 星型測針校正目的

（1）通過測針的校正能夠幫助相關工作人員明確測針的直徑數值以及測針的位置參數，通過這種方式，可以確保觸測點當中的數據獲得相應的正確補償。此外在三坐標測量機應用的過程中，工作人員在測針的選擇上要全面考慮測針的長度和方位數值，使測針的球心相對位置準確無誤，保證坐標關系的準確。

（2）在校正過程中，工作人員還要注意構建測針不同角度之間的坐標轉換關系，進而有效提升測量數值的準確性質。在測量機運行的過程中，軟件會對觸測點進行捕捉，被捕捉到的觸測點即為紅寶石球當中球心的坐標。工作人員在測量過程匯總需要得到紅寶石球與工件接觸的點的坐標數值，兩點之間的距離即代表著測針當中的半徑長度，鑒于上述分析，工作人員在測頭校準的過程中要對其進行一定程度的補償處理。

2 星型測針校正原理

星型測針校正主要使用標準球進行，標準球的直徑在10mm至50mm之間，其直徑和形狀誤差經過校準。在測針校正的過程中，每一個測針的探測點需要均勻分布，數量在5個左右，同時在校正過程中為了對測頭的彎曲量進行補充，充分減小誤差帶來的不良影響，需要在測頭軸的位置對2點進行測量，在與軸垂直的圓周方向處對4點進行測量，總共需要測量6個點，自動化的機械設備將對一根測針的校準結果進行自動存儲，之后再進行其他測針的校正。

3 星型測針校正的探測角度范圍分析

在整個校正過程中，經常會出現以下情況：當現場對某個方位的子測針進行校準時，其余的子測針可以會與標準球產生一定的摩擦現象，進而干涉校準結果。對星型測針的校準結果造成了一定的負面影響。

（1）測針校正角度范圍確定。在測針校正的過程中，探測點的決定因素相對比較單一，僅僅通過校準測針的軸線方向來進行判定，和校準球在測量機當中的空間方位并沒有直接的關系，當校準球的空間方位進行對應的過程中，經常會有某一角度區域當中的測針無法被校準，具體的校準范圍如圖1所示。

當校準的測針軸線位于校準球的平面之內，具體的公式表述如下：

在公式當中，D代表的是校準球的直徑長度，D1代表的是校準球當中安裝桿的直徑長度，d代表的測針球的直徑長度，是校準球當中安裝角的數值。

通過上圖的分析我們可以看出，在此安裝方位之下，測針A角的范圍在圖片當中表示為圖片當中的陰影部分，具體公式如下：

（2）最佳安裝條件。如果進行校正的測針在平面X，Y內的投影線與校準球的安裝桿軸線在投影線之間所形成的夾角，以及校準球當中的安裝角同時大于前面所計算出的Δα，那么我們可以就此推斷出可校正的測針A角的數值大約在±180°左右，這樣才能夠滿足最佳的安裝條件。

此外在實際校準的過程當中，在球頂點的探測以及輔助點獲取、測針球直徑和測頭座安裝方面均會存在一定的偏差，因此在校正的過程中工作人員要注意對測針的角度范圍進行適當調整，保證其小于標準計算值，這樣才能夠保證自動校準在一個良好的運行軌道當中。

4 星型測針校正方法

在星型測針校正的過程中經常會出現一些干涉性現象，為了消除這種不良影響，在校正過程中，工作人員在對某一子測針進行校正使，要對校正球的支撐方向和測針的角度方向進行調整，使二者之間的位置關系呈現平行的狀態，之后按照系統功能的執行就能夠完成對5個測尖的自動校正。

從圖2當中我們可以看出，探測點在球頂點A出以及校準球上與被校準測針軸線垂直的B、C、D、E四個點，在這些探測點當中都有相應的輔助點，分別為A，、B，、C，、D，、E，。探測工作首先應當從輔助點開始，在探測工作結束之后要首先回到輔助點，之后在轉回到球頂點A，上方，然后再向下一個點開始運動，整個運動的路徑呈現為一個錐形，通過這種方式可以防止在探測的過程中發生非常規的碰撞。

5 結束語

本文中筆者經過系統化的實踐，并運用相關理論知識進行綜合性的分析，最終總結出了星型測針的校正方法，在校正過程中要對校正的角度范圍進行及時敲定，并明確測針在標準球當中的探測點位置，進而對星型測針進行精確校正。

參考文獻：

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[3]李凱.三坐標測量機探針校準的誤差分析[J].物理測試，2004（04）.

作者簡介：張超（1986-），男，河南洛陽人，本科，助理工程師，研究方向：計量檢測與管理。