張超　張改革　劉琳

摘 要：介紹了三坐標(biāo)測量機(jī)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(biāo)準(zhǔn)球最佳安裝條件，指出星型測針校正的正確方法。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo);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(biāo)測量機(jī)對零件較深處的內(nèi)徑和外徑，以及其內(nèi)腔當(dāng)中的溝槽和內(nèi)腔型線等一系列的參數(shù)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(jìn)行探測，進(jìn)而實現(xiàn)檢測的效果。星型測針由5根呈現(xiàn)垂直關(guān)系的球形測針?biāo)M成，在測量的過程中為保證其準(zhǔn)確性，在每次測量工作開始之前都需要對測針進(jìn)行系統(tǒng)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(guān)工作人員明確測針的直徑數(shù)值以及測針的位置參數(shù)，通過這種方式，可以確保觸測點當(dāng)中的數(shù)據(jù)獲得相應(yīng)的正確補(bǔ)償。此外在三坐標(biāo)測量機(jī)應(yīng)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(shù)值，使測針的球心相對位置準(zhǔn)確無誤，保證坐標(biāo)關(guān)系的準(zhǔn)確。

（2）在校正過程中，工作人員還要注意構(gòu)建測針不同角度之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而有效提升測量數(shù)值的準(zhǔn)確性質(zhì)。在測量機(jī)運(yùn)行的過程中，軟件會對觸測點進(jìn)行捕捉，被捕捉到的觸測點即為紅寶石球當(dāng)中球心的坐標(biāo)。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(biāo)數(shù)值，兩點之間的距離即代表著測針當(dāng)中的半徑長度，鑒于上述分析，工作人員在測頭校準(zhǔn)的過程中要對其進(jìn)行一定程度的補(bǔ)償處理。

2 星型測針校正原理

星型測針校正主要使用標(biāo)準(zhǔn)球進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)球的直徑在10mm至50mm之間，其直徑和形狀誤差經(jīng)過校準(zhǔn)。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(shù)量在5個左右，同時在校正過程中為了對測頭的彎曲量進(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行測量，在與軸垂直的圓周方向處對4點進(jìn)行測量，總共需要測量6個點，自動化的機(jī)械設(shè)備將對一根測針的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行自動存儲，之后再進(jìn)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(jīng)常會出現(xiàn)以下情況：當(dāng)現(xiàn)場對某個方位的子測針進(jìn)行校準(zhǔn)時，其余的子測針可以會與標(biāo)準(zhǔn)球產(chǎn)生一定的摩擦現(xiàn)象，進(jìn)而干涉校準(zhǔn)結(jié)果。對星型測針的校準(zhǔn)結(jié)果造成了一定的負(fù)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(zhǔn)測針的軸線方向來進(jìn)行判定，和校準(zhǔn)球在測量機(jī)當(dāng)中的空間方位并沒有直接的關(guān)系，當(dāng)校準(zhǔn)球的空間方位進(jìn)行對應(yīng)的過程中，經(jīng)常會有某一角度區(qū)域當(dāng)中的測針無法被校準(zhǔn)，具體的校準(zhǔn)范圍如圖1所示。

當(dāng)校準(zhǔn)的測針軸線位于校準(zhǔn)球的平面之內(nèi)，具體的公式表述如下：

在公式當(dāng)中，D代表的是校準(zhǔn)球的直徑長度，D1代表的是校準(zhǔn)球當(dāng)中安裝桿的直徑長度，d代表的測針球的直徑長度，是校準(zhǔn)球當(dāng)中安裝角的數(shù)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(dāng)中表示為圖片當(dāng)中的陰影部分，具體公式如下：

（2）最佳安裝條件。如果進(jìn)行校正的測針在平面X，Y內(nèi)的投影線與校準(zhǔn)球的安裝桿軸線在投影線之間所形成的夾角，以及校準(zhǔn)球當(dāng)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(shù)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(zhǔn)的過程當(dāng)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(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證其小于標(biāo)準(zhǔn)計算值，這樣才能夠保證自動校準(zhǔn)在一個良好的運(yùn)行軌道當(dāng)中。

4 星型測針校正方法

在星型測針校正的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一些干涉性現(xiàn)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(jìn)行校正使，要對校正球的支撐方向和測針的角度方向進(jìn)行調(diào)整，使二者之間的位置關(guān)系呈現(xiàn)平行的狀態(tài)，之后按照系統(tǒng)功能的執(zhí)行就能夠完成對5個測尖的自動校正。

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

5 結(jié)束語

本文中筆者經(jīng)過系統(tǒng)化的實踐，并運(yùn)用相關(guān)理論知識進(jìn)行綜合性的分析，最終總結(jié)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(jìn)行及時敲定，并明確測針在標(biāo)準(zhǔn)球當(dāng)中的探測點位置，進(jìn)而對星型測針進(jìn)行精確校正。

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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。