三坐标测量机星型测针校正原理及校正方法

张超　张改革　刘琳

摘 要：介绍了三坐标测量机星型测针校正的校正目的和校正原理，分析了校正时探测角度范围确定方法和标准球最佳安装条件，指出星型测针校正的正确方法。

关键词：三坐标;星型测针;测点分布;校正

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

在使用三坐标测量机对零件较深处的内径和外径，以及其内腔当中的沟槽和内腔型线等一系列的参数时，需要通过星型测针来对这些单根测针无法探测到的位置进行探测，进而实现检测的效果。星型测针由5根呈现垂直关系的球形测针所组成，在测量的过程中为保证其准确性，在每次测量工作开始之前都需要对测针进行系统化的校正。

1 星型测针校正目的

（1）通过测针的校正能够帮助相关工作人员明确测针的直径数值以及测针的位置参数，通过这种方式，可以确保触测点当中的数据获得相应的正确补偿。此外在三坐标测量机应用的过程中，工作人员在测针的选择上要全面考虑测针的长度和方位数值，使测针的球心相对位置准确无误，保证坐标关系的准确。

（2）在校正过程中，工作人员还要注意构建测针不同角度之间的坐标转换关系，进而有效提升测量数值的准确性质。在测量机运行的过程中，软件会对触测点进行捕捉，被捕捉到的触测点即为红宝石球当中球心的坐标。工作人员在测量过程汇总需要得到红宝石球与工件接触的点的坐标数值，两点之间的距离即代表着测针当中的半径长度，鉴于上述分析，工作人员在测头校准的过程中要对其进行一定程度的补偿处理。

2 星型测针校正原理

星型测针校正主要使用标准球进行，标准球的直径在10mm至50mm之间，其直径和形状误差经过校准。在测针校正的过程中，每一个测针的探测点需要均匀分布，数量在5个左右，同时在校正过程中为了对测头的弯曲量进行补充，充分减小误差带来的不良影响，需要在测头轴的位置对2点进行测量，在与轴垂直的圆周方向处对4点进行测量，总共需要测量6个点，自动化的机械设备将对一根测针的校准结果进行自动存储，之后再进行其他测针的校正。

3 星型测针校正的探测角度范围分析

在整个校正过程中，经常会出现以下情况：当现场对某个方位的子测针进行校准时，其余的子测针可以会与标准球产生一定的摩擦现象，进而干涉校准结果。对星型测针的校准结果造成了一定的负面影响。

（1）测针校正角度范围确定。在测针校正的过程中，探测点的决定因素相对比较单一，仅仅通过校准测针的轴线方向来进行判定，和校准球在测量机当中的空间方位并没有直接的关系，当校准球的空间方位进行对应的过程中，经常会有某一角度区域当中的测针无法被校准，具体的校准范围如图1所示。

当校准的测针轴线位于校准球的平面之内，具体的公式表述如下：

在公式当中，D代表的是校准球的直径长度，D1代表的是校准球当中安装杆的直径长度，d代表的测针球的直径长度，是校准球当中安装角的数值。

通过上图的分析我们可以看出，在此安装方位之下，测针A角的范围在图片当中表示为图片当中的阴影部分，具体公式如下：

（2）最佳安装条件。如果进行校正的测针在平面X，Y内的投影线与校准球的安装杆轴線在投影线之间所形成的夹角，以及校准球当中的安装角同时大于前面所计算出的Δα，那么我们可以就此推断出可校正的测针A角的数值大约在±180°左右，这样才能够满足最佳的安装条件。

此外在实际校准的过程当中，在球顶点的探测以及辅助点获取、测针球直径和测头座安装方面均会存在一定的偏差，因此在校正的过程中工作人员要注意对测针的角度范围进行适当调整，保证其小于标准计算值，这样才能够保证自动校准在一个良好的运行轨道当中。

4 星型测针校正方法

在星型测针校正的过程中经常会出现一些干涉性现象，为了消除这种不良影响，在校正过程中，工作人员在对某一子测针进行校正使，要对校正球的支撑方向和测针的角度方向进行调整，使二者之间的位置关系呈现平行的状态，之后按照系统功能的执行就能够完成对5个测尖的自动校正。

从图2当中我们可以看出，探测点在球顶点A出以及校准球上与被校准测针轴线垂直的B、C、D、E四个点，在这些探测点当中都有相应的辅助点，分别为A，、B，、C，、D，、E，。探测工作首先应当从辅助点开始，在探测工作结束之后要首先回到辅助点，之后在转回到球顶点A，上方，然后再向下一个点开始运动，整个运动的路径呈现为一个锥形，通过这种方式可以防止在探测的过程中发生非常规的碰撞。

5 结束语

本文中笔者经过系统化的实践，并运用相关理论知识进行综合性的分析，最终总结出了星型测针的校正方法，在校正过程中要对校正的角度范围进行及时敲定，并明确测针在标准球当中的探测点位置，进而对星型测针进行精确校正。

参考文献：

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[2]叶震宇，王国民.触发式测头校正原理和注意事项[J].计量技术，2006（06）.

[3]李凯.三坐标测量机探针校准的误差分析[J].物理测试，2004（04）.

作者简介：张超（1986-），男，河南洛阳人，本科，助理工程师，研究方向：计量检测与管理。