[發明專利]曲面法矢測量精度的優化方法

有效

• 申請號: 201410271432.6
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104019779A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 陳懇;高雨浩;吳丹;王國磊;宋立濱;楊向東;付成龍;徐靜;劉莉;楊東超
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00;G01B21/20
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

技術領域

本發明涉及自動化裝備及制造領域，尤其涉及一種曲面法矢測量精度的優化方法。

背景技術

在現代的自動化裝備及制造中需要用到曲面法矢測量裝置，其中常用的一種是利用四個距離傳感器的曲面法矢測量裝置。參照圖1，該曲面法矢測量裝置利用四個組成菱形的距離傳感器3測量工件曲面4上待測點O’的法矢。該曲面法矢測量裝置包括：法蘭基準面1，安裝于移動驅動裝置(未示出)(例如經由連接孔11)；四個支架2，安裝在法蘭基準面1上；四個距離傳感器3，分別安裝于四個支架2，使各距離傳感器3的軸線垂直于法蘭基準面1且頂表面設置有測頭點31，用于檢測工件曲面4的距離。其中，各距離傳感器3的測頭點31到法蘭基準面1的垂直投影點的連線構成菱形ABCD的四個頂點，四個距離傳感器3的測頭點31到工件曲面的垂直投影點分別對應為A’、B’、C’、D’，且使菱形ABCD的中心點O為工件曲面上待測點O’在法蘭基準面1上的投影；以菱形ABCD的中心點O為原點、菱形ABCD的對角線AC為X軸及X轉軸、菱形ABCD的對角線BD為Y軸及Y轉軸、菱形ABCD的中心點O與待測點O’之間的連線為Z軸建立測量坐標系；通過距離傳感器3測得菱形ABCD的四個頂點到工件曲面4的垂直距離分別為AA’＝h_A、B?B’＝h_B、CC’＝h_C、D?D’＝h_D，且AO＝CO＝R_Y、BO＝DO＝R_X；工件曲面4上待測點O’的法矢在測量坐標系中繞X轉軸和Y轉軸的偏角計算公式為：

αX=arctan(hD-hB2RX)]]>

αY=arctan(hC-hA2RY)]]>

精度是各類傳感器最重要的指標。這種利用四個距離傳感器3測量工件的曲面法矢測量裝置，其工作對象是復雜曲面，而工作原理是將待測點O’附近區域看做小平面進行測量，因此會帶來待測點O’的法矢測量誤差；同時距離傳感器3本身的測距誤差，也會給待測點O’的法矢測量帶來誤差。

而常用的曲面法矢測量精度的計算方法包括步驟：S1，計算菱形布局距離傳感器在截面YOZ中的誤差；S2，計算菱形布局距離傳感器在截面XOZ中的誤差；以及S3，計算三維法矢測量的精度。

計算菱形布局距離傳感器在截面YOZ中的誤差的步驟S1包括子步驟：

S11，用截面YOZ截取待測曲面獲得待測曲線，建立二維法矢測量誤差模型，并將二維法矢測量誤差δ_X分為由曲線曲率變化帶來的誤差δ_XP和由距離傳感器測距帶來的誤差δ_XI：假定通過測量和調整使距離傳感器A點和C點到工件曲面的垂直距離h_A和h_C讀數相等，由于測距傳感器誤差，h_A不嚴格等于h_C，因此帶來誤差δ_XI；由于曲率變化，O’法矢并不垂直于A’C’，因此帶來誤差δ_XP；