一种二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法与流程

本发明属于计量检测领域，具体涉及一种二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法。

背景技术：

国内外检测大尺寸工件的测量设备较多，如激光跟踪仪、蓝光拍照测量仪、三坐标测量机、关节臂等，但对于1米以上、公差为0.01mm的超长标准件的高精度三维测量，只能采用高精度大型三坐标测量机。

目前,采用最先进的大型高精度三坐标测量机进行测量时，其最大允许误差为(2.8+l/350)μm，按1.4m长度尺寸计算，其最大允许误差为6.8μm，其测量精度不能满足被测标准件公差±0.005mm的1/3要求，测量要求如附图1所示。

现阶段存在的问题：①采用1m以下范围的高精度三坐标测量时,其最大允许误差(0.4+l/1000)μm，测量精度满足要求,但测量范围不够；②采用大型高精度三坐标测量时，其最大允许误差(2.8+l/350)μm,测量范围虽然满足要求,但测量精度不满足要求。

标准件长度尺寸是保证产品加工质量的关键参数，加工过程中需要按标准件给出的实测值进行测量和修正。因此，研究设计超长标准件的检测方案，制定检测装置和方法，对于提高标准件检测质量，保证产品加工质量具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明提供一种二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法，采用在1m测量范围的三坐标测量机上，利用二次坐标拟合法测量高精度超长标准件，其测量不确定度满足图纸技术要求，保证了高精度超长标准件的检测质量。

本发明的技术方案如下：

一种二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法，在三坐标测量机工作台上以三个标准球的球心为基准建立稳定的坐标系，在同一坐标系下对被测高精度超长标准件进行两次分段测量，每次测量时应使所述坐标系及高精度超长标准件的某一被测面同在三坐标测量机的有效测量范围内，两次测量时所述坐标系方向和位置保持一致，通过三坐标测量软件进行坐标系最佳拟合，使两次测量的被测元素数据建立在拟合后的统一的坐标系下，得到测量结果。

所述的二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法，具体包括如下步骤：

1)测量前准备：选取三个标准球和一个孔板，将所述孔板安装在三坐标测量机工作台上，将标准球放置在所述孔板的安装孔处，并将被测高精度超长标准件固定安装于所述孔板之上；三个标准球对称处于高精度超长标准件的中部；高精度超长标准件的被测端面与标准球距离小于三坐标测量机测量范围；

2)测针校验：选配标准竖直向下测针，调取测头校验程序，进行测头校验，储存并校正测头误差；

3)建立坐标系：以三个标准球构成的平面建立第一基准；以球二和球三中心连线构建第二基准；以球一中心设置坐标原点，建立坐标系；

4)被测元素的测量：第一次测量的被测元素为：三个标准球中心坐标、高精度超长标准件的基准面一和测量面一；第二次测量的被测元素为：三个标准球中心坐标、高精度超长标准件的基准面二和测量面二；

5)被测元素数据的拟合：在三坐标测量软件中对第一次测量、第二次测量进行坐标系拟合，使两次测量的被测元素数据建立在拟合后的统一坐标系下，合成为同一整体；在同一整体下，以基准面一、基准面二构建统一坐标系的基准一，以测量面一、测量面二建立统一坐标系的基准二，重新建立评价参数坐标系；将基准一平移至技术要求中高精度超长标准件的被测位置，基准一所处的平面与高精度超长标准件的两端被测斜面相交，形成两条直线；

6)计算出测量结果：沿两条直线在高精度超长标准件宽度范围内选前、中、后三个位置评价出高精度超长标准件的被测长度值；重复进行三次测量，计算出平均值即为测量结果。

所述的二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法，其优选方案为，所述孔板上设有纵横有序排列的安装孔，所述孔板外形尺寸为300mm×400mm。

所述的二次坐标拟合测量法检测高精度超长标准件的方法，其优选方案为，由于所建坐标系与被测面上的点矢量方向不垂直，被测元素数据以点的形式保存时，在进行综合评定结果时会造成余弦误差；单次测量以平面的形式进行数据保存或微平面法进行取点保存，在两次测量综合评定结果时会减小余弦误差，以避免矢量问题造成的余弦误差，从而提高测量精度。

本发明的有益效果为：采用在1m测量范围的三坐标测量机上，利用二次坐标拟合法测量高精度超长标准件，其测量不确定度满足图纸技术要求，保证了高精度超长标准件的检测质量。

附图说明

图1为高精度超长标准件测量要求示意图；

图2为孔板结构图；

图3为三个标准球、孔板、高精度超长标准件安装关系示意图；

图4为两次测量的被测元素位置示意图。

具体实施方式

如图1所示，1.4m高精度超长标准件，在1m测量范围的高精度三坐标测量机上，利用二次坐标拟合法进行测量，具体包括如下步骤：

1)测量前准备：选取三个标准球8和一个孔板6，如图2所示，所述孔板6上设有纵横有序排列的安装孔7，所述孔板6外形尺寸为300mm×400mm；将所述孔板6安装在三坐标测量机工作台上，将标准球8放置在所述孔板6的安装孔7处，并将被测高精度超长标准件1固定安装于所述孔板6之上；三个标准球8对称处于高精度超长标准件1的中部；高精度超长标准件1的被测端面与标准球8距离小于三坐标测量机测量范围；

2)测针校验：选配标准竖直向下测针，测针选配短测杆及小径测球，调取测头校验程序，进行测头校验，储存并校正测头误差；

3)建立坐标系：以三个标准球8构成的平面建立第一基准；以球二和球三中心连线构建第二基准；以球一中心设置坐标原点，建立坐标系；

4)被测元素的测量：第一次测量的被测元素为：三个标准球8中心坐标、高精度超长标准件1的基准面一2和测量面一4；第二次测量的被测元素为：三个标准球8中心坐标、高精度超长标准件1的基准面二3和测量面二5；

5)被测元素数据的拟合：在三坐标测量软件中对第一次测量、第二次测量进行坐标系拟合，使两次测量的被测元素数据建立在拟合后的统一坐标系下，合成为同一整体；由于所建坐标系与被测面上的点矢量方向不垂直，被测元素数据以点的形式保存时，在进行综合评定结果时会造成余弦误差；在不必以测点方式进行数据保存时，单次测量以平面的形式进行数据保存；在必须以测点方式进行数据保存时，以微平面法进行取点保存，在两次测量综合评定结果时会减小余弦误差，以避免矢量问题造成的余弦误差，从而提高测量精度；在同一整体下，以基准面一2、基准面二3构建统一坐标系的基准一，以测量面一4、测量面二5建立统一坐标系的基准二，重新建立评价参数坐标系；将基准一平移至技术要求中高精度超长标准件1的被测位置，基准一所处的平面与高精度超长标准件1的两端被测斜面相交，形成两条直线；

6)计算出测量结果：沿两条直线在高精度超长标准件1宽度范围内选前、中、后三个位置评价出高精度超长标准件1的被测长度值；重复进行三次测量，计算出平均值即为测量结果。

本发明以至少三个固定点所建的坐标系进行拟合及关联，以标准球中心点建立坐标系，其重复性、稳定性高，由于采用了高精度测量设备，其探测误差仅为0.4μm；通过三坐标测量软件进行两次坐标系最佳拟合，设置坐标拟合误差不大于0.5μm；经过与标准量块测量精度比对试验和测量不确定度分析，其测量不确定度为2.9μm，达到小于预期不确定度指标3.3μm要求，该测量方法可以满足1.4m标准件公差0.01mm的检测要求。