[發(fā)明專利]一種曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110412612.8
• 申請(qǐng)日: 2011-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN102494657A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡云崗;王晏民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京建筑工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G01B21/20
• 分類號(hào): G01B21/20;G01B11/24
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及曲面工件輪廓線的測(cè)量及檢測(cè)方法，尤其涉及一種曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的一種手段，在20世紀(jì)90年代初，逆向工程開始引起各國(guó)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視，從此以后，有關(guān)逆向工程的研究與應(yīng)用就一直受到人們關(guān)注，特別是隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，利用CAD/CAM技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)物的逆向工程已成為CAD/CAM領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，并成為逆向技術(shù)應(yīng)用的主要內(nèi)容。零件的數(shù)字化和CAD模型重建是逆向建模的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

實(shí)施逆向工程，首先要提取對(duì)象表面的三維坐標(biāo)信息，逆向工程采用的測(cè)量方法主要分為兩大類：接觸式和非接觸式。在采用接觸式測(cè)頭測(cè)量時(shí)，由于測(cè)頭半徑的影響，得到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并不是測(cè)頭所觸及的表面點(diǎn)的坐標(biāo)，而是測(cè)頭球心的坐標(biāo)，當(dāng)被測(cè)點(diǎn)的表面法矢方向和測(cè)軸方向一致時(shí)，測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)和測(cè)頭中心相差一個(gè)測(cè)頭半徑值。通常測(cè)頭半徑在0.25mm～20mm之間，如果忽略測(cè)頭半徑，即得到的數(shù)據(jù)不進(jìn)行半徑補(bǔ)償處理，就會(huì)引起測(cè)量誤差。當(dāng)測(cè)頭的壓力矢(表面法矢)和測(cè)量截面在一個(gè)平面時(shí)，測(cè)量點(diǎn)曲線為平面曲線；當(dāng)測(cè)頭的壓力矢(表面法矢)和測(cè)量截面不在一個(gè)平面時(shí)，測(cè)量點(diǎn)連線為空間曲線。一般來說，重建模型都偏大于實(shí)物原型，當(dāng)反求模型的精度要求較高時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)頭補(bǔ)償。

目前在CMM(三坐標(biāo)測(cè)量機(jī))測(cè)量中廣泛采用二維的自動(dòng)補(bǔ)償方法，即在測(cè)量時(shí)，將測(cè)量點(diǎn)和測(cè)頭半徑關(guān)系都處理成二維的情況，并將補(bǔ)償計(jì)算編入測(cè)量程序中，在測(cè)量時(shí)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的測(cè)頭補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方法簡(jiǎn)化了補(bǔ)償計(jì)算，不影響測(cè)量采點(diǎn)和掃描速度，對(duì)一些由規(guī)則形狀組成的表面測(cè)量，平面、二次曲面等，二維補(bǔ)償是精確的。但對(duì)于一些自由曲面組成的復(fù)合曲面，測(cè)量時(shí)測(cè)點(diǎn)位置的曲面法矢通常和測(cè)軸不在同一平面內(nèi)，此時(shí)按二維補(bǔ)償會(huì)存在誤差，在誤差不能忽略的情況下，必須考慮對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)頭半徑的三維補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法。在本發(fā)明中，利用測(cè)頭沿截面輪廓標(biāo)注線掃描取點(diǎn)，形成測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云，并在截面輪廓標(biāo)注線的左右兩側(cè)各增加一條掃描線，對(duì)于測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中任一點(diǎn)P附近選取距離最近的若干點(diǎn)，并構(gòu)建出擬合平面，通過擬合平面法矢實(shí)現(xiàn)點(diǎn)P的測(cè)球半徑補(bǔ)償P’。利用該方法經(jīng)投影計(jì)算后，可得到設(shè)計(jì)位置(的測(cè)量輪廓線點(diǎn)云數(shù)據(jù)。本發(fā)明測(cè)量精度高，尤其可滿足具有復(fù)雜曲面的大型工件的輪廓線測(cè)量及質(zhì)量檢測(cè)的要求。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

步驟一、利用測(cè)頭沿待測(cè)工件的截面輪廓線掃描取點(diǎn)，形成測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云，利用測(cè)頭在所述截面輪廓線的左右兩側(cè)各增加至少一條掃描線，形成至少一條左線點(diǎn)云和至少一條右線點(diǎn)云；

步驟二、提取所述測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中的點(diǎn)P，從所述測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中提取與點(diǎn)P距離最近的至少兩個(gè)點(diǎn)，并且從每一條所述左線點(diǎn)云中均提取與所述測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中的點(diǎn)P距離最近的至少一個(gè)點(diǎn)，從每一條所述右線點(diǎn)云中均提取與所述測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中的點(diǎn)P距離最近的至少一個(gè)點(diǎn)，形成點(diǎn)組，利用所述點(diǎn)組擬合平面，并得到所述擬合平面的法矢，對(duì)點(diǎn)P沿法矢方向進(jìn)行半徑補(bǔ)償，得到半徑補(bǔ)償點(diǎn)P’；

步驟三、重復(fù)步驟二，得到由與所述測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的半徑補(bǔ)償點(diǎn)構(gòu)成的截面輪廓線點(diǎn)云。

優(yōu)選的是，所述的曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法中，所述步驟一中，利用測(cè)頭在所述截面輪廓線的左右兩側(cè)各增加的掃描線的個(gè)數(shù)為一條。

優(yōu)選的是，所述的曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法中，所述步驟二中，從所述測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云中提取位于點(diǎn)P前方的一個(gè)點(diǎn)和位于點(diǎn)P后方的一個(gè)點(diǎn)，從所述一條左線點(diǎn)云中提取與點(diǎn)P距離最近的兩個(gè)點(diǎn)，從所述一條右線點(diǎn)云中提取與點(diǎn)P距離最近的兩個(gè)點(diǎn)。

優(yōu)選的是，所述的曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法中，所述步驟一中，利用測(cè)頭沿待測(cè)工件的截面輪廓線掃描取點(diǎn)，是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：

將所述待測(cè)工件表面的截面輪廓線手工標(biāo)注成截面輪廓標(biāo)注線，選定待測(cè)工件的基準(zhǔn)測(cè)量坐標(biāo)系，使所述截面輪廓標(biāo)注線所在平面垂直于所述基準(zhǔn)測(cè)量坐標(biāo)系的一個(gè)坐標(biāo)軸，利用測(cè)頭沿所述截面輪廓標(biāo)注線掃描取點(diǎn)。

優(yōu)選的是，所述的曲面輪廓測(cè)量及檢測(cè)的測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法中，所述步驟一中，利用測(cè)頭沿待測(cè)工件的截面輪廓線掃描取點(diǎn)，形成測(cè)頭輪廓線點(diǎn)云，利用測(cè)頭在所述截面輪廓線的左右兩側(cè)各增加至少一條掃描線，形成至少一條左線點(diǎn)云和至少一條右線點(diǎn)云，是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：