[發明專利]一種點投射光學測頭空間位置矢量的測量標定方法

有效

• 申請號: 201310493454.2
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103528519A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 房建國;張譚;劉勇;李成瑋;劉飛;劉京亮;宋影;李迪;李杰;畢超;房亮;龐長濤;鄭會龍
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發明是一種點投射光學測頭空間位置矢量的測量標定方法，屬于測量技術領域。

背景技術

直角坐標系三坐標測量機（CMM）是具有三個直線運動軸（X軸、Y軸和Z軸）的測量機床，通過三個軸的運動產生坐標變動，利用測頭與工件的觸測實現零件表面的采樣測量。傳統三坐標測量機通常采用接觸觸發測頭；接觸觸發測頭是零位發訊測頭，測量零件之前只需要標定觸發測頭在坐標測量機中的零位位置（測頭發訊位置的測量機坐標值）即可。

在直角坐標系（笛卡爾坐標系）的三坐標測量機中，使用點投射光學測頭時，在進行零件坐標測量之前，需要準確知道光學測頭投射光束矢量與坐標測量機的關系，即需要知道光束直線方向與坐標測量運動系統軸線的夾角和光束零位在坐標測量機中的位置，才能實現光學測頭的讀數值與坐標測量機數據的疊加整合，從而完成零件的精確測量。

點投射光學測頭投射光束到零件表面，在零件表面形成一個光點，光學測頭可以給出該光點到測頭之間的距離（光學測頭的讀數值）信息。點投射光學測頭是一種線性位移傳感器，所以不僅需要測量標定光學測頭的零位，而且需要測量標定光學測頭光束直線方向與坐標測量機坐標軸的角度。

當坐標測量機三個直線運動軸（X軸、Y軸和Z軸）運動過程中，光學測頭光束的方向角度是不變的；光學測頭安裝完畢后，需要測量標定光束的初始位置矢量，即需要標定光學測頭投射光束直線與坐標測量機X軸的夾角α、與Y軸的夾角β、與Z軸的夾角γ，和光學測頭光束零位在測量機坐標系中的位置坐標。

近年國外采用點投射光學測頭的坐標測量機已經開發應用，包括德國和以色列等國。國內采用點投射光學測頭的坐標測量機尚在研究階段，目前國內點投射光學測頭光束矢量測量標定尚沒有成熟完善的方法。

國內進行過另一種點投射光學測頭光束方向測量標定方法研究，即采用平面角度塊的測量標定方法；該方法采用兩個互成一定夾角的平面作為測量基準；該方法原理是利用光束直線矢量與平面的空間幾何關系，求解光束直線矢量信息；該方法采用的測量基準為平面；平面基準制造精度低，不易實現高精度的測量標定。本發明采用的測量基準為標準球面，標準球面制造精度高，并且本發明采用的七點球面坐標測量法，比前種方法使用簡便，測量精度高。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的不足而設計提供了一種點投射光學測頭空間位置矢量的測量標定方法，其目的是為了解決直角坐標系測量機中，點投射光學測頭光束空間矢量位置標定問題，實現測量標定點投射光學點投射光學測頭光束與坐標測量機X軸的夾角α、與Y軸的夾角β、與Z軸的夾角γ，并確定點投射光學測頭光束矢量零位在測量機通用坐標系中的位置。

本發明適用于直角坐標系測量機的光學點投射光學測頭標定，也可用于具有直角坐標系的數控加工機床的光學點投射光學測頭標定。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該種點投射光學測頭空間位置矢量的測量標定方法，其特征在于：測量標定方法的步驟如下：

⑴在一個具有直角坐標系的坐標測量機上設置一個點投射光學測頭（3）和一個標準球（4），該測量機包括相互垂直的三個直線運動軸，X軸（5）、Y軸（1）和Z軸（2）；

⑵用點投射光學測頭（3）在標準球（4）的表面投射光點，獲得七個光點在坐標測量機上的坐標值和點投射光學測頭（3）的讀數值，對七個光點的位置要求如下：

點投射光學測頭（3）的投射光束方向相同；

四個點—M₁、M₂、M₃、M₄—的點投射光學測頭（3）的讀數值相同，該讀數值設為J₁，三個點—M₅、M₆、M₇—的點投射光學測頭（3）的讀數值相同，該讀數值設為J₂；

M₁、M₂、M₃、M₄四個點不能分布在一個平面上，M₅、M₆、M₇三個點不能分布在一條直線上；