[发明专利]一种曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及曲面工件轮廓线的测量及检测方法，尤其涉及一种曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法。

背景技术

作为产品设计制造的一种手段，在20世纪90年代初，逆向工程开始引起各国工业界和学术界的高度重视，从此以后，有关逆向工程的研究与应用就一直受到人们关注，特别是随着现代计算机技术及测试技术的发展，利用CAD/CAM技术、先进制造技术来实现产品实物的逆向工程已成为CAD/CAM领域的一个研究热点，并成为逆向技术应用的主要内容。零件的数字化和CAD模型重建是逆向建模的两项关键技术。

实施逆向工程，首先要提取对象表面的三维坐标信息，逆向工程采用的测量方法主要分为两大类：接触式和非接触式。在采用接触式测头测量时，由于测头半径的影响，得到的坐标数据并不是测头所触及的表面点的坐标，而是测头球心的坐标，当被测点的表面法矢方向和测轴方向一致时，测点坐标和测头中心相差一个测头半径值。通常测头半径在0.25mm～20mm之间，如果忽略测头半径，即得到的数据不进行半径补偿处理，就会引起测量误差。当测头的压力矢(表面法矢)和测量截面在一个平面时，测量点曲线为平面曲线；当测头的压力矢(表面法矢)和测量截面不在一个平面时，测量点连线为空间曲线。一般来说，重建模型都偏大于实物原型，当反求模型的精度要求较高时，应对测量数据进行测头补偿。

目前在CMM(三坐标测量机)测量中广泛采用二维的自动补偿方法，即在测量时，将测量点和测头半径关系都处理成二维的情况，并将补偿计算编入测量程序中，在测量时自动完成数据的测头补偿。这种补偿方法简化了补偿计算，不影响测量采点和扫描速度，对一些由规则形状组成的表面测量，平面、二次曲面等，二维补偿是精确的。但对于一些自由曲面组成的复合曲面，测量时测点位置的曲面法矢通常和测轴不在同一平面内，此时按二维补偿会存在误差，在误差不能忽略的情况下，必须考虑对测量数据进行测头半径的三维补偿。

发明内容

本发明设计开发了一种曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法。在本发明中，利用测头沿截面轮廓标注线扫描取点，形成测头轮廓线点云，并在截面轮廓标注线的左右两侧各增加一条扫描线，对于测头轮廓线点云中任一点P附近选取距离最近的若干点，并构建出拟合平面，通过拟合平面法矢实现点P的测球半径补偿P’。利用该方法经投影计算后，可得到设计位置(的测量轮廓线点云数据。本发明测量精度高，尤其可满足具有复杂曲面的大型工件的轮廓线测量及质量检测的要求。

本发明提供的技术方案为：

一种曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法，包括以下步骤：

步骤一、利用测头沿待测工件的截面轮廓线扫描取点，形成测头轮廓线点云，利用测头在所述截面轮廓线的左右两侧各增加至少一条扫描线，形成至少一条左线点云和至少一条右线点云；

步骤二、提取所述测头轮廓线点云中的点P，从所述测头轮廓线点云中提取与点P距离最近的至少两个点，并且从每一条所述左线点云中均提取与所述测头轮廓线点云中的点P距离最近的至少一个点，从每一条所述右线点云中均提取与所述测头轮廓线点云中的点P距离最近的至少一个点，形成点组，利用所述点组拟合平面，并得到所述拟合平面的法矢，对点P沿法矢方向进行半径补偿，得到半径补偿点P’；

步骤三、重复步骤二，得到由与所述测头轮廓线点云中的点对应的半径补偿点构成的截面轮廓线点云。

优选的是，所述的曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法中，所述步骤一中，利用测头在所述截面轮廓线的左右两侧各增加的扫描线的个数为一条。

优选的是，所述的曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法中，所述步骤二中，从所述测头轮廓线点云中提取位于点P前方的一个点和位于点P后方的一个点，从所述一条左线点云中提取与点P距离最近的两个点，从所述一条右线点云中提取与点P距离最近的两个点。

优选的是，所述的曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法中，所述步骤一中，利用测头沿待测工件的截面轮廓线扫描取点，是通过以下方式实现的：

将所述待测工件表面的截面轮廓线手工标注成截面轮廓标注线，选定待测工件的基准测量坐标系，使所述截面轮廓标注线所在平面垂直于所述基准测量坐标系的一个坐标轴，利用测头沿所述截面轮廓标注线扫描取点。

优选的是，所述的曲面轮廓测量及检测的测头半径补偿方法中，所述步骤一中，利用测头沿待测工件的截面轮廓线扫描取点，形成测头轮廓线点云，利用测头在所述截面轮廓线的左右两侧各增加至少一条扫描线，形成至少一条左线点云和至少一条右线点云，是通过以下方式实现的：