[发明专利]一种点投射光学测头空间位置矢量的测量标定方法

说明书

技术领域

本发明是一种点投射光学测头空间位置矢量的测量标定方法，属于测量技术领域。

背景技术

直角坐标系三坐标测量机（CMM）是具有三个直线运动轴（X轴、Y轴和Z轴）的测量机床，通过三个轴的运动产生坐标变动，利用测头与工件的触测实现零件表面的采样测量。传统三坐标测量机通常采用接触触发测头；接触触发测头是零位发讯测头，测量零件之前只需要标定触发测头在坐标测量机中的零位位置（测头发讯位置的测量机坐标值）即可。

在直角坐标系（笛卡尔坐标系）的三坐标测量机中，使用点投射光学测头时，在进行零件坐标测量之前，需要准确知道光学测头投射光束矢量与坐标测量机的关系，即需要知道光束直线方向与坐标测量运动系统轴线的夹角和光束零位在坐标测量机中的位置，才能实现光学测头的读数值与坐标测量机数据的叠加整合，从而完成零件的精确测量。

点投射光学测头投射光束到零件表面，在零件表面形成一个光点，光学测头可以给出该光点到测头之间的距离（光学测头的读数值）信息。点投射光学测头是一种线性位移传感器，所以不仅需要测量标定光学测头的零位，而且需要测量标定光学测头光束直线方向与坐标测量机坐标轴的角度。

当坐标测量机三个直线运动轴（X轴、Y轴和Z轴）运动过程中，光学测头光束的方向角度是不变的；光学测头安装完毕后，需要测量标定光束的初始位置矢量，即需要标定光学测头投射光束直线与坐标测量机X轴的夹角α、与Y轴的夹角β、与Z轴的夹角γ，和光学测头光束零位在测量机坐标系中的位置坐标。

近年国外采用点投射光学测头的坐标测量机已经开发应用，包括德国和以色列等国。国内采用点投射光学测头的坐标测量机尚在研究阶段，目前国内点投射光学测头光束矢量测量标定尚没有成熟完善的方法。

国内进行过另一种点投射光学测头光束方向测量标定方法研究，即采用平面角度块的测量标定方法；该方法采用两个互成一定夹角的平面作为测量基准；该方法原理是利用光束直线矢量与平面的空间几何关系，求解光束直线矢量信息；该方法采用的测量基准为平面；平面基准制造精度低，不易实现高精度的测量标定。本发明采用的测量基准为标准球面，标准球面制造精度高，并且本发明采用的七点球面坐标测量法，比前种方法使用简便，测量精度高。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种点投射光学测头空间位置矢量的测量标定方法，其目的是为了解决直角坐标系测量机中，点投射光学测头光束空间矢量位置标定问题，实现测量标定点投射光学点投射光学测头光束与坐标测量机X轴的夹角α、与Y轴的夹角β、与Z轴的夹角γ，并确定点投射光学测头光束矢量零位在测量机通用坐标系中的位置。

本发明适用于直角坐标系测量机的光学点投射光学测头标定，也可用于具有直角坐标系的数控加工机床的光学点投射光学测头标定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种点投射光学测头空间位置矢量的测量标定方法，其特征在于：测量标定方法的步骤如下：

⑴在一个具有直角坐标系的坐标测量机上设置一个点投射光学测头（3）和一个标准球（4），该测量机包括相互垂直的三个直线运动轴，X轴（5）、Y轴（1）和Z轴（2）；

⑵用点投射光学测头（3）在标准球（4）的表面投射光点，获得七个光点在坐标测量机上的坐标值和点投射光学测头（3）的读数值，对七个光点的位置要求如下：

点投射光学测头（3）的投射光束方向相同；

四个点—M₁、M₂、M₃、M₄—的点投射光学测头（3）的读数值相同，该读数值设为J₁，三个点—M₅、M₆、M₇—的点投射光学测头（3）的读数值相同，该读数值设为J₂；

M₁、M₂、M₃、M₄四个点不能分布在一个平面上，M₅、M₆、M₇三个点不能分布在一条直线上；