一种扫描测头的三维解耦合标定方法及标定装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种扫描测头的三维解耦合标定方法及标定装置，本发明专利技术针对测球位移提出的位移‑角度表示法(s,θ,σ)，构建三维解耦合模型，原理简单、易用；所提出的三维解耦模型展示了测头几何参数与系统输入/输出解析关系，是对传递矩阵的改善；本发明专利技术标定方法具有系统的理论支持，而非仅仅依赖于数据分析；本发明专利技术所提出的多自由度标定装置结构简单，可实现测头输入量的高精度溯源性标定。

A 3D decoupling calibration method and calibration device for scanning probe

【技术实现步骤摘要】
一种扫描测头的三维解耦合标定方法及标定装置
本专利技术属于精密测试
，具体涉及一种扫描测头的三维解耦合标定方法及标定装置。
技术介绍
三维测头在微观形貌测量和高端装备制造领域应用日益广泛。扫描测头通常与三坐标测量机配合使用。从弹性变形角度分析扫描测头的工作原理：测量过程中测头触测工件表面，测头的测球会产生具有一定方向及大小的位移量(称输入量)，同时，测头也会产生相应的输出量(v1，v2，v3)。扫描测头测量对象是工件的三维形貌特征，其测量获得的输入量通常以(x，y，z)形式的数据进行展示。输入量(x，y，z)与输出量(v1，v2，v3)具有唯一性的映射关系。但是，目前输出量与输入量之间的关系是以经验模型表达的，申请日为20130222，申请号为CN201310057385.0的中国专利技术专利公开了扫描测头标定方法，利用三坐标测量机驱动测头与标准球上大量的点接触，以此获取所有点上的输入数据与输出数据，再选择适合的数据拟合方式，直接获得测头的输入与输出量之间的传递矩阵或变换矩阵。传递矩阵是完全基于数据的，也就是经验模型，它从不考虑测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫描测头的三维解耦合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：定义测头坐标系为xyz，将所述测头坐标系沿其z轴平移得到测球坐标系为x’y’z’，平移距离等于测球球心与测头坐标系原点之间的距离；/n步骤二：在所述测球坐标系中，采用球坐标方法定义测头的输入量为(s,θ,σ)，s为测球的合位移，θ为合位移s在x’y’平面上的投影与y’轴形成的夹角，σ为合位移s与z’轴形成的夹角；/n以测头弹性机构三个悬臂在触测力F作用下的z向位移为输出量，定义测头的输出量为(v

【技术特征摘要】
1.一种扫描测头的三维解耦合标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：定义测头坐标系为xyz，将所述测头坐标系沿其z轴平移得到测球坐标系为x’y’z’，平移距离等于测球球心与测头坐标系原点之间的距离；
步骤二：在所述测球坐标系中，采用球坐标方法定义测头的输入量为(s,θ,σ)，s为测球的合位移，θ为合位移s在x’y’平面上的投影与y’轴形成的夹角，σ为合位移s与z’轴形成的夹角；
以测头弹性机构三个悬臂在触测力F作用下的z向位移为输出量，定义测头的输出量为(v1,v2,v3)；
步骤三：将触测力F在测球坐标系中分解为水平力Fx'y'与垂直力Fz'，计算水平力Fx'y'作用下的测头的输入量与输出量，计算垂直力Fz'作用下的测头的输入量与输出量；
步骤四：将步骤三中计算得到的水平力Fx'y'作用下的输入量与垂直力Fz'作用下的输入量进行合成，得到触测力F作用下的输入量；
将步骤三中计算得到的水平力Fx'y'作用下的输出量与垂直力Fz'作用下的输出量进行合成，得到触测力F作用下的输出量；
步骤五：计算步骤四中触测力F作用下输入量与触测力F作用下输出量的比值，得到三维解耦合模型如下：



其中：v1，v2，v3为三个输出量，s为测球的合位移，θ为合位移s在x’y’平面上的投影与y’轴形成的夹角，σ为合位移s与z’轴形成的夹角，p1，p2，p3，q1，q2，q3是以σ为自变量的非线性中间变量，以测头弹性机构的材料属性及几何参数表示，三维解耦合模型中，需要标定的对象为非线性中间变量p1，p2，p3，q1，q2，q3；
步骤六：获取至少六组测头的输入量为(s,θ,σ)和对应的测头的输出量为(v1,v2,v3)，以非线性最小二乘法代入三维解耦合模型中，形成对p1，p2，p3，q1，q2，q3六个非线性中间变量的估计，完成标定。


2.根据权利要求1所述的一种扫描测头的三维解耦合标定方法，其特征在于，所述步骤一中，在测头弹性机构的几何中心建立测头坐标系xyz。


3.根据权利要求1所述的一种扫描测头的三维解耦合标定方法，其特征在于，所述步骤三中，水平力Fx'y'与垂直力Fz'如下：



基于弹性梁理论...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊康，郑维康，刘志刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61