PMC650坐标测量机自动校准方法研究

    1 引 言

    德国马尔公司的 PMC650 三坐标测量机是集机械、电气、光学、计算机等技术为一体的通用计量设备, 它具有高精度、高效率、智能化等特点。如何对它进行准确快捷的校准, 保证其测试数据的准确可靠是我们需要解决的问题。

    根据 JJF 1064- 2004《坐标测量机校准规范》,利用现有的三等标准量块可对 PMC650 测量机机械测头进行校准, 但是该规范未给出 PMC650 三坐标测量机具有的同轴光学测头的校准方法, 同时三坐标测量机机械测头校准过程复杂且校准数据繁多冗长, 人工校准难度大, 费时费力且容易出错。为保证坐标测量校准过程的准确可靠,我们对 PMC650 三坐标测量机自动校准方法进行研究。

    2 自动校准方法

    2.1 探测误差

    通过确定测量点到高斯拟合球球心距离的范围, 评价坐标测量机是否符合规定的最大允许探测误差 MPE_P。

    牢固安装 Φ15mm 的标准球。在标准球上取 25个探测点进行探测, 并记录 25 点的坐标。探测点应在半球上均匀分布( 如图 1 所示) 。

    ( 1) 在标准球的极点上一个点;

    ( 2) 极点下 22.5°, 四个点( 均匀分布) ;

    ( 3) 极点下 45°, 八个点( 均匀分布) , 并相对于前一组点旋转 22.5°;

    ( 4) 极点下 67.5°, 四个点( 均匀分布) , 并相对于前一组点旋转 22.5°;

    ( 5) 极点下 90°( 即赤道上) 八个点( 均匀分布) ,并相对于前一组点旋转 22.5°。

    使用所有 25 个测量点, 计算高斯拟合球。对 25个测景点分别计算高斯半径R，探测误差P为25个高斯球半径的距离差:

     P=R_max- R_min               ( 1)

其中, R_max、R_min分别为拟合球半径的最大、最小值。

    2.2 尺寸测量

    通过比较 4 个不同长度的尺寸实物标准器( 三等量块) 的校准值和标准值, 评价测量尺寸的坐标测量机是否符合规定的最大允许示值误差MPE_E。4 个尺寸实物标准器( 三等量块) 放在测量空间的 7 个不同的方向或位置, 各测 3 次, 共进行84 次测量。

    通过一定辅助测量确定标准器 ( 三等量块) 的长度方向。该辅助测量产生的测量不确定度包含在最大长度测量示值误差指标内。在量块的一个工作端面测 4 个点, 确定一个平面, 然后以同样的方法确定该端面相邻的两个侧面, 确定空间坐标系, 长度测量值为量块另一端面上的 1 点到该坐标系一坐标平面的距离。

    根据坐标测量机测量空间对角线长度选择量块长度。共使用 4 个长度值, 长度尺寸分别为 600mm、400mm、250 mm、30 mm。将标准器( 三等量块) 在 7个不同的方向和( 或) 位置安放, 量块安放的方向应至少包含 4 个空间对角线方向。分别对各测量长度在各方向和( 或) 位置进行 3 次测量, 每次测量需要重新确定长度方向。共得到 28 组 84 个长度测量值。