星形探针测量误差分析及解决方法

　　星形探针是由4个或多个探针共同组成的一个探针组合,在测量时作为一个整体使用。由于星形探针的作用半径大于测杆半径,测杆不易与被测零件碰撞,因此在很大程度上拓展了三坐标测量机的测量范围,特别是在测量圆槽、盲孔、轴线较长的内孔、外圆柱以及箱体类零件时,它可以实现单探针无法完成的检测任务,得到了广泛应用[1]。

　　然而,在实际测量中,星形探针的测量结果往往会出现较大的重复误差,某些情况下误差甚至超出了仪器的精度范围,致使用户对三坐标测量机的测量结果产生怀疑。在测量机的精度和系统误差一定的情况下,本文就星形探针的不同使用方法可能带来的误差加以分析,试图找出产生误差的原因。

　　1　环规的测量数据

　　本文所用的被测件是直径49·9985mm的环规,使用的星形探针如图1所示。

　　探针经过标定后,其动态半径分别是:Rt1=0·9944mm;Rt2=0·9861mm;Rt3=0·9925mm;Rt4=09894mm;Rt5=0·9900mm。

　　在检测孔类元素时,一般都会使用三坐标测量机的测圆指令(mcir)。由于星形探针由2、3、4、5号探针组合而成,测量时4个探针会有不同的顺序组合。本文探讨测量时所用的最后一个探针(以下简称终针)对测量结果的影响。

　　下面采用不同的测量方法检测环规,操作步骤如下:

　　(1)选择1号探针,使用测量机的mcir指令测量环规。五次测量结果分别为49·9991mm,49·9998mm, 49·9985mm, 49·9981mm, 49·9991mm。五次测量的平均值是49·9989mm,标准偏差是0·00032。与环规的实际值49·9985mm相差0·0004mm,测量机的测量结果是可信的。

　　(2)选择星形探针,分别以2、3、4、5号探针为终针,利用测量机的测圆功能(mcir)测量环规。测量数据见表1。

　　(3)计算各次测量的平均值和标准偏差[2],列于表1。

　　2　测量结果的误差分析

　　考查表1中的测量结果,可以发现:

　　(1) 20次测量的最大值是50·0077mm,最小值是49·9934mm,最大重复测量误差为0·0143mm;

　　(2)各次测量结果均不存在粗大误差,可以作为数据分析的依据;

　　(3)同一终针五次测量的标准偏差较小,测量系统具有相对稳定性;

　　(4)以2、3、5号探针为终针的测量结果与实际值49·9985mm相差较大;

　　(5)终针不同,对同一零件的测量结果有较大差异。　

　　分析测量结果与终针动态半径的关系,令d′i=di-2*Rti,其中, di为不同终针对环规的测量结果平均值, Rti为终针的动态半径, d′i为没有补偿探针动态半径时的环规直径。当终针i分别为2、3、4、5时,则有: