本发明涉及测量仪器标定技术领域，具体涉及一种六球样板及标定方法。
背景技术：
测量仪器是进行科学研究、教育教学、工程测量等领域的必需工具，随着科技的发展和时代的进步，各类测量仪器得到了大力的发展，在社会生活中的应用范围越来越广泛，而高精度、高可靠性的测量仪器，一直是该领域科研人员研究与探索重点。
测量仪器通常设置有测头，测头作为传感器用于采集被测对象相关参数，测头的发展水平直接影响着测量仪器的测量精度与测量效率。精密测头通常分为接触式测头与非接触式测头两种，其中接触式测头又分为机械式测头、触发式测头和扫描式测头；非接触式测头分为激光测头和光学视频测头。
机械式测头是精密量仪使用较早的一种测头；该测头通过测头测端与被测对象直接接触进行测量，主要用于手动测量；该类测头结构简单、操作方便，其缺点在于精度不高，测量效率低，目前很少用于工业测量领域。触发式测头及扫描式测头在工业领域中的应用最为广泛；触发式测头及扫描式测头通常包括测针与测球，在测量过程中，利用测球与被测对象接触，实现相关参数的采集；其中，触发式测头具有结构简单、使用方便、及较高触发精度等优点，相比与触发式测头，扫描式测头的精度更高、功能更强、适应性更广，且同时具备单点测量和连续扫描测量的功能。
齿轮测量中有一重要参数为齿距与齿厚，该参数通常采用标准齿轮来实现齿距与齿厚的标定，即通过测量仪器在标准齿轮分度圆上进行测量。但由于测量仪器定位精度以及测头在与齿面接触时存在测头滑动问题，齿距与齿厚标定值通常会存在一定偏差。
技术实现要素：
本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种六球样板及标定方法，在标定过程中，通过测头与六球样板中的三个标准球进行接触测量，三个标准球更容易限制测头的滑动，定位精度高，能够有效地避免传统齿距与齿厚标定中测头容易滑动的弊端，从而有效地提高齿距与齿厚标定的精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种六球样板，包括基板、六个标准球，所述六个标准球分为两组，每组包含三个标准球，每组中的三个标准球围在一起，使得测球可以与三个标准球同时相切，所述两组标准球分别固定在基板的两个方向。
所述六球样板中，有两组标准球，每组分别包含三个标准球，三个标准球分别设置在基板上，并围在一起，三个标准球之间可以相切，也可以相离，相离时只需平衡好标准球的直径与两球之间的中心距，保证测头的测球能同时与三个标准球相切即可；测量仪器在进行齿距与齿厚标定时，测头的测球能同时与一组中的三个测球相接触，形成三个接触点，三个接触点对测球形成三点支撑，从而更容易限制测量过程中测球的滑动，提高定位精度，进而有效地提高齿距与齿厚标定的精度。
优选地，所述基板为平板。所述基板为平板时，既便于基板设置或固定在测量仪器上，以进行齿距与齿厚标定；又便于使用标准测量仪器测定两组标准球之间的间距。
优选地，每组中的三个标准球两两相切。各标准球均是固定在基板上的，每组中的三个标准球以两两相切的位置关系设置在基板上，在六球样板的生产制造过程中，可以便捷地将三个标准球分为一组，并固定在合适的位置上，从而有利于缩短加工时间；此外，每组中的三个标准球两两相切的设置在基板上后，还便于后期齿距与齿厚标定过程中对每个球进行定位，从而简化计算测头与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置的过程，使得计算更简洁、方便。
优选地，所述六个标准球的直径相同。六球样板中各标准球的直径相同，有利于简化生产和制造过程，同时也方便后期齿距与齿厚标定过程中，测头上的测球与每组中的三个标准球同时接触，还可以简化计算测头与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置的过程。
优选地，所述标准球的精度不低于测头上测球的精度。六球样板中的标准球是测量仪器进行齿距与齿厚标定时的参考球，其精度对于齿距与齿厚标定的精度有很大的影响，所以在六球样板的设计之初就需要尽量降低或排除这种影响，只要当标准球的精度不低于测球本身的制造精度时，标准球作为参考球对于齿距与齿厚标定精度的影响才会降到最低，可以忽略不计。
优选地，所述标准球的精度高于测头上测球的精度一个等级。标准球的精度越高，其制造过程越麻烦、周期越长、成本越高；当标准球的精度高于测球的精度一个等级时，标准球的精度对齿距与齿厚标定的误差影响较小，同时也能很好的平衡六球样板的制作成本。
优选地，所述标准球采用红宝石或陶瓷或玻璃或碳化钨材料制成。由于对标准球的精度要求非常高，所以标准球还必须要有高硬度、高耐磨性、防静电、防磁、绝缘性能好、热传导率低、防酸碱性好、极低的表面粗糙度等各项特性，从而可以防止因为环境因素对六球样板中的标准球产生影响，进而影响到齿距与齿厚标定的精度；而在常用的材料中，红宝石、陶瓷、玻璃、碳化钨等材料都具有以上特性，满足标准球的要求。
优选地，所述基板上标注有标准球的半径或直径参数以及两组标准球之间的标准间距参数。所述标准球的半径或直径参数以及两组标准球之间的标准间距参数均是在六球样板制作完成之后，采用标准测量仪器测量出来的数据，数据可靠、精度高，便于使用该六球样板时参考。
一种标定方法，包括如下步骤：
(1)获得六球样板中各标准球的半径或直径参数以及球心位置参数。
(2)获得测量仪器中测球的半径或直径参数；
(3)根据步骤(1)和(2)中获得的数据，通过计算获得测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置参数；
(4)控制测量仪器的测球在理论位置对相应组中的三个标准球进行测量，分别获得两组标准球的位置参数a和b，并通过计算获得两组标准球之间的测量间距参数l，其中l＝|a-b|；
(5)将步骤(4)中的测量间距l与标准间距l0进行对比，确定测量仪器的精度，完成齿距与齿厚标定；其中，标准间距l0是利用标准测量仪器获得的该六球样板中两组标准球之间的间距。
采用六球样板对测量仪器进行齿距与齿厚标定的整个过程简单，六球样板中的三个标准球会对测球形成三点稳定的支撑，从而大大降低了测量仪器测球的滑动误差，可以有效地提高齿距与齿厚的标定精度。
与现有技术相比，使用本发明提供的一种六球样板及标定方法，在标定过程中，通过测头与六球样板中的三个标准球进行接触测量，三个标准球更容易限制测头的滑动，定位精度高，能够有效地避免传统齿距与齿厚标定中测头容易滑动的弊端，从而有效地提高齿距与齿厚标定的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的测量仪器中常用的测头的结构示意图。
图2为本发明实施例1中提供的一种六球样板的等轴侧图。
图3为本发明实施例1中提供的一种六球样板的俯视图。
图4为本发明实施例1中提供的测球同时与六球样板中的三个标准球接触时的示意图。
图5为本发明实施例4中提供的一种利用六球样板进行齿距与齿厚标定时，计算测球理论位置时的几何关系图。
图6为本发明实施例4中提供的一种利用六球样板进行齿距与齿厚标定时，测量仪器测量出的两组标准球之间的测量间距示意图。
图7为本发明实施例4中提供的一种六球样板，其中，六个标准球的直径不相同，但每组中的三个标准球都两两相切的示意图。
图8为本发明实施例4中提供的另一种利用六球样板进行齿距与齿厚标定时，计算测球理论位置时的几何关系图。
图中标记说明
第一标准球1；第二标准球2；第三标准球3；第四标准球4；第五标准球5；第六标准球6；基板7；测头8；测针9；测头10；标注信息11。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
背景技术中介绍的测量仪器中，常用的测头结构，如图1所示，图中标记8为测头，标记9为测针，标记10为测球。
实施例1
请参阅图2以及图3，本实施例中提供了一种六球样板，包括基板7、六个标准球，六个标准球分为两组，每组包含三个标准球，每组中的三个标准球围在一起，使得测球10可以与三个标准球同时相切，所述两组标准球分别固定在基板7的两个方向。
在本实施例中，每组中的三个标准球两两相切，如图2中的第一标准球1、第二标准球2以及第三标准球3是两两相切的，第四标准球4、第五标准球5以及第六标准球6是两两相切的；各标准球均是固定在基板7上的，每组中的三个标准球以两两相切的位置关系设置在基板7上，测量仪器在进行齿距与齿厚标定时，测头8的测球10能同时与一组中的三个测球10相接触，如图4所示，形成三个接触点，三个接触点对测球10形成三点支撑，从而更容易限制测量过程中测球10的滑动，提高定位精度，进而有效地提高齿距与齿厚标定的精度；此外，每组中的三个标准球两两相切的设置在基板7上后，还便于后期齿距与齿厚标定过程中对每个球进行定位，从而简化计算测头8与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置的过程，使得计算更简洁、方便。
在进一步地方案中，六球样板中的六个标准球的直径是相同的；这样，一方面，有利于简化生产和制造过程；另一方面，也方便后期齿距与齿厚标定过程中，测头8上的测球10与每组中的三个标准球同时接触，还可以简化计算测头8与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置的过程。
在本实施例中，基板7采用的是平板；因为当基板7为平板时，既便于基板7设置或固定在测量仪器上，以进行齿距与齿厚标定；又便于使用标准测量仪器测定两组标准球之间的间距。
标准球的精度不低于测头8上测球10的精度；六球样板中的标准球是测量仪器进行齿距与齿厚标定时的参考球，其精度对于齿距与齿厚标定的精度有很大的影响，所以在六球样板的设计之初就需要尽量降低或排除这种影响，只要当标准球的精度不低于测球10本身的制造精度时，标准球作为参考球对于齿距与齿厚标定精度的影响才会降到最低，可以忽略不计。
具体而言，在本实施例中，标准球的精度高于测头8上测球10的精度一个等级。标准球的精度越高，其制造过程越麻烦、周期越长、成本越高；当标准球的精度高于测球10的精度一个等级时，标准球的精度对齿距与齿厚标定的误差影响较小，同时也能很好的平衡六球样板的制作成本。
由于对标准球的精度要求非常高，所以标准球还必须要有高硬度、高耐磨性、防静电、防磁、绝缘性能好、热传导率低、防酸碱性好、极低的表面粗糙度等各项特性，从而可以防止因为环境因素对六球样板中的标准球产生影响，进而影响到齿距与齿厚标定的精度；而在常用的材料中，红宝石、陶瓷、玻璃、碳化钨等材料都具有以上特性，满足标准球的要求，因而可以优先采用红宝石或陶瓷或玻璃或碳化钨等材料来制作标准球；在本实施例中，标准球采用的是陶瓷材料，具体而言，是陶瓷材料中的氮化硅材料；氮化硅是一种非常坚硬耐磨的陶瓷材料，可加工成精度很高的球体，也可抛光到极为光滑的表面光洁度，从而尽可能的提高标准球的精度，降低标准球的精度对齿距与齿厚标定精度的影响。
在更进一步地方案中，基板7上还标注有标准球的直径参数(或半径参数)以及两组标准球之间的标准间距参数，如图2或图3所示；其中，标准球的半径或直径参数以及两组标准球之间的标准间距参数均是在六球样板制作完成之后，采用标准测量仪器测量出来的数据，数据可靠、精度高，便于使用该六球样板时参考。
实施例2
本实施例2与上述实施例1的主要区别在于，在本实施例中，所述六球样板中每组中的三个标准球可以是相离的，即三个标准球不一定相切；但三个标准球是设置在基板上，并围在一起的，此时需要平衡好标准球的直径与两球之间的中心距，才能保证测头的测球能同时与三个标准球相切；以便测量仪器在进行齿距与齿厚标定时，测头的测球能同时与一组中的三个测球相接触，形成三个接触点，三个接触点对测球形成三点支撑，从而更容易限制测量过程中测球的滑动，提高定位精度，进而有效地提高齿距与齿厚标定的精度。
实施例3
本实施例3与上述实施例1的主要区别在于，在本实施例中，所述六球样板中的六个个标准球的直径不一定全相等；但三个标准球是设置在基板上，并围在一起的，此时需要平衡好标准球的直径与两球之间的中心距，保证测头的测球能同时与三个标准球相切即可；以便测量仪器在进行齿距与齿厚标定时，测头的测球能同时与一组中的三个测球相接触，形成三个接触点，三个接触点对测球形成三点支撑，从而更容易限制测量过程中测球的滑动，提高定位精度，进而有效地提高齿距与齿厚标定的精度。
实施例4
本实施例中提供了一种标定方法，包括如下步骤：
(1)获得六球样板中各标准球的半径或直径参数以及球心位置参数。
(2)获得测量仪器中测球的半径或直径参数；
(3)根据步骤(1)和(2)中获得的数据，通过计算获得测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置参数；
(4)控制测量仪器的测球在理论位置对相应组中的三个标准球进行测量，分别获得两组标准球的位置参数a和b，并通过计算获得两组标准球之间的测量间距参数l，其中l＝|a-b|；
(5)将步骤(4)中的测量间距l与标准间距l0进行对比，确定测量仪器的精度，完成齿距与齿厚标定；其中，标准间距l0是利用标准测量仪器获得的该六球样板中两组标准球之间的间距。
例1：针对实施例1中的六球样板，六个标准球的直径相同，且每组中的三个标准球两两相切的情况，其标定过程如下：
步骤1：获得六球样板中各标准球的半径或直径参数以及球心位置参数。
在本步骤中，可以通过标准测量仪器测量六球样板中标准球的直径参数(或半径参数)，或者直接参考基板上标注的标准球的直径参数(或半径参数)，从而方便的获得标准球的半径为r；
进一步地，在建立适当的坐标系后，可知第一标准球1的球心坐标为d(x1,y1,z1)，第二标准球2的球心坐标为e(x2,y2,z2)，第二标准球3的球心坐标为f(x3,y3,z3)。
步骤2：获得测量仪器中测球的半径或直径参数。
在本步骤中，测量仪器中测球的半径或直径参数可以直接从测头的配套说明书中直接获得，也可以利用标准测量仪器进行现场测量，从而获得测球的半径为r。
步骤3：根据步骤1和2中获得的数据，通过计算获得测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置参数。
在本步骤中，假设测球同时与三个标准球接触时的理论位置为o，并假设o点的坐标为(x0,y0,z0)，待求；
如图5所示，当测球同时与三个标准球接触时，所示三个标准球的球心与测球的球心的连线可以构成一个三棱锥o-def，其中
联立解之即可得到o点的坐标(x0,y0,z0)，从而获得测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置参数。
步骤4：控制测量仪器的测球在理论位置o相对应的三个标准球进行测量，另外一个位置的测量方法相同，从而测量仪器会分别获得两组标准球的位置参数a和b，并通过计算获得两组标准球之间的测量间距参数l，其中l＝|a-b|，如图6所示。
步骤5：将步骤4中的测量间距l与标准间距l0进行对比，确定测量仪器的精度，完成齿距与齿厚标定；其中，标准间距l0是利用标准测量仪器获得的该六球样板中两组标准球之间的标准间距。
利用六球样板对测量仪器进行齿距与齿厚标定的整个过程简单，并利用三个标准球对测球形成三点稳定的支撑，从而大大降低了测量仪器测球的滑动误差，可以有效地提高齿距与齿厚的标定精度。
从上述公式可以看出，测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置o点的位置参数只与测球的半径r及标准球的半径r有关，而与三标准球之间是否两两相切无关，故可以理解，针对实施例2中，当六球样板中的六个标准球直径相同，但每组中的三个标准球相离(即互不相切)时，测量仪器进行齿距与齿厚标定的步骤与计算公式与例1相同。
例2：针对实施例3中的六球样板，六个标准球的直径不相同，但每组中的三个标准球都两两相切的情况，如图7所示，其标定过程如下：
步骤1：获得六球样板中各标准球的半径或直径参数以及球心位置参数。
在本步骤中，可以通过标准测量仪器测量六球样板中标准球的直径参数(或半径参数)，或者直接参考基板上标注的标准球的直径参数(或半径参数)，从而方便的获得第一标准球的半径为r1，第二标准球的半径为r2，第三标准球的半径为r3(这里只计算一组标准球，另一组标准球的计算方法相同)。
进一步地，在建立适当的坐标系后，可知第一标准球1的球心坐标为d(x1,y1,z1)，第二标准球2的球心坐标为e(x2,y2,z2)，第二标准球3的球心坐标为f(x3,y3,z3)。
步骤2与上述步骤2相同；
步骤3：根据步骤1和2中获得的数据，通过计算获得测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置参数。
在本步骤中，假设测球同时与三个标准球接触时的理论位置为o，并假设o点的坐标为(x0,y0,z0)，待求；
如图8所示，当测球同时与三个标准球接触时，所示三个标准球的球心与测球的球心的连线可以构成一个三棱锥o-def，其中
联立解之即可得到o点的坐标(x0,y0,z0)，从而获得测球与每组中的三个标准球同时接触时的理论位置参数。
步骤4、步骤5分别与上述步骤4、步骤5相同，这里不再赘述。
同理，可以理解，当六球样板中的六个标准球直径不相同，且每组中的三个标准球相离(即互不相切)时，测量仪器进行齿距与齿厚标定的步骤与计算公式与例2相同。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。