[发明专利]一种点衍射干涉三坐标测量装置探头端面调平方法

说明书

本发明提供一种点衍射干涉三坐标测量装置探头端面调平方法，涉及测量技术领域。采用基于波面对称的探头零点位置调整方法，探测器获取初始波面数据，将探头旋转180°，平移探头再次获取波面，将波面数据旋转180°后与初始波面数据作差值，将探头平移至初始位置和差值为极小值位置的中点位置，为探头零点位置，调整探头的倾斜角并获取波面数据，利用泽尼克多项式拟合方法对波面数据进行拟合得到xy方向倾斜项系数，调节至该系数为极大值时的角度，实现探头端面调平。本发明解决了现有技术中探头端面相对探测面调平困难影响测量精度的技术问题。本发明有益效果为：确定探头端面状态，满足测量模型求解要求，使三维坐标重构结果更加快速和精确。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种点衍射干涉三坐标测量装置探头端面调平 方法。

背景技术

随着现代机械工业的不断发展，对三维坐标测量技术的需求也在不断提高。目前主要 的三维坐标测量仪器包括三坐标测量机和激光跟踪仪等。其中，三坐标测量机在逆向工程等 方面应用较多，但是，它的结构复杂，价格昂贵，在大空间范围进行三维坐标测量时，需要 庞大的测量平台，其昂贵的成本限制了应用。激光跟踪仪因其测量精度而限制了应用范围。 近年来，随着测量技术和点衍射干涉技术的不断发展，因为测量精度高且具有较好的重复性， 一种基于点衍射干涉的三维坐标测量方法被提出。中国专利申请公布号CN105066880A，申 请公布日2015年11月18日，名称为“基于粒子群解调点光源干涉的三维坐标快速测量方法” 的发明专利申请文件，公开了一种基于粒子群解调点光源干涉的三维坐标快速测量方法。该 方法虽然充分考虑了测量探头在测量过程中可能出现的状态，建立的数学模型将探头的运动 状态量分为位置量与旋转量，以此简化迭代算法在搜索解过程中的难度。其数学模型相当复 杂，求解过程中需要对六个未知数进行搜索求解，其测量重复性及测量精度有待提高。在点 衍射干涉三维坐标测量装置中，要求其探头端面与CCD探测面严格平行，但由于加工工艺的 限制，实际探头中的两根光纤放置不平行，不但导致坐标求解数学模型无法满足高精度三维 坐标测量要求，同时也致使实际探头端面调节中无法直接根据探头投射的两光斑中心位置偏 移来确定探头状态，因此需要一种探头端面调平的方法来实现探头端面相对CCD探测面的调 平，进而使其与三维坐标求解数学模型对应。

发明内容

为了解决现有技术中基于点衍射干涉的三维坐标测量方法中探头端面相对CCD探测 面调平困难，影响测量精度的技术问题，本发明提供一种点衍射干涉三坐标测量装置探头端 面调平方法，有效消除点衍射干涉三坐标测量装置探头加工误差对实际探头调平的影响。

本发明的技术方案是：一种点衍射干涉三坐标测量装置探头端面调平方法，包括三坐 标测量装置探头的两根光纤、不带成像镜头的CCD探测器，两根光纤的出射端为探头端面， 探头端面面向CCD探测器，方法包括以下步骤：

(1-1)以CCD探测面中心为坐标原点，CCD探测面为x-y平面，垂直于CCD探测面的光轴 方向为z轴，建立三维直角坐标系，并以两根光纤出射端连线的中点位置代表探头位置；

(1-2)采用基于波面对称的探头零点位置调整方法，在x-y平面内移动探头，将其xy坐标值 平移至(0,0)点位置；

(1-3)探头两根光纤出射端面连线与x-y平面的夹角设为探头倾斜角α，用CCD探测器采集 来自于三坐标测量装置探头的5幅相位差为π/2的干涉图，利用五步移相算法解调出对应的 波面数据W^(α)；

(1-4)对探头倾斜角α所对应的波面W⁽α⁾进行泽尼克多项式拟合，得到分别 记录当前的探头倾斜角α位置以及对应泽尼克多项式中的x方向倾斜项系数和y方向倾 斜项系数