探针标定的方法技术

本发明专利技术提供了一种探针标定的方法，包括如下步骤：在探针工作平台上的两个相互垂直的方向上分别安装激光传感器X‑LS和激光传感器Y‑LS，并在探针工作平台上安装定位仪；通过探针设计图纸或实际测量得到针尖P在探针坐标系下的粗略本地坐标；并测量探针上另一点Q在探针坐标系下的粗略本地坐标；用探针分别确定两个激光传感器的姿态，得到两个激光传感器在定位仪坐标系下的姿态矩阵；多次让探针触碰两个激光传感器发出的激光，通过定位仪获取探针的姿态矩阵；以前述步骤获得的这些信息构建函数约束优化求解标定探针方向；对方向标定后的探针的针尖P的位置进行标定，从而实现探针的方向与位置标定。

Probe calibration method

【技术实现步骤摘要】
探针标定的方法
本专利技术涉及定位标记
，具体地，涉及一种探针标定的方法。
技术介绍
使用探针的加工或测量设备大多多精度要求极高，当精度达不到要求时，往往通过更换探针工具来处理，使得探针工具的加工成本较高，使用寿命也较短。现有探针标定方法多是通过固定探针针尖通过旋转拟合球心或通过双目视觉标定方法，但是对于探针方向不能做到精确标定。公开号为CN208635788U的专利文献公开了一种视觉定位精密测量辅助标记装置，具体而言，是关于一种坐标测量系统中基于双目视觉测量系统探针辅助标记装置。该装置结构组成包括：双目视觉系统探针(101)、探针旋转插入槽(102)、旋转架固定螺钉(103)、工具固定板(104)、旋转连接螺钉(105)、探针端点位置微调螺钉(106)、旋转支架(107)和螺钉紧固弹簧(108)。可用于双目视觉测量系统辅助探针标记过程，将探针端点插入探针旋转插入槽(102)固定后，可以进行旋转，降低标定误差，提高空间定位精度。该方法采用外部辅助插入槽的方式，对探针的针尖有可能造成损坏。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种探针标定的方法。根据本专利技术提供的一种探针标定的方法，包括如下步骤：步骤1：在探针工作平台上的两个相互垂直的方向上分别安装激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS，并在探针工作平台上安装定位仪；步骤2：通过探针设计图纸或实际测量得到针尖P在探针坐标系下的粗略本地坐标(P_to_Tool)；并测量探针上另一点Q在探针坐标系下的粗略本地坐标(Q_to_Tool)；步骤3：用探针分别确定两个激光传感器的姿态，得到两个激光传感器在定位仪坐标系下的姿态矩阵(laser_to_trackingDevice)；步骤4：多次让探针触碰两个激光传感器发出的激光，通过定位仪获取探针的姿态矩阵(Tool_to_trackingDevice)；步骤5：以(P_to_Tool)、(Q_to_Tool)、(laser_to_trackingDevice)以及(Tool_to_trackingDevice)这些信息构建函数约束优化求解标定探针方向；步骤6：对方向标定后的探针的针尖P的位置进行标定，从而实现探针的方向与位置标定。优选地，所述步骤1中的激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS均包括激光发射端和激光接收端，激光发射端和激光接收端左右布置，激光发射端发射的激光由激光接收端接收，两激光传感器发射的激光相互垂直，定义激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS的光路分别为X轴和Y轴。优选地，所述步骤1中的定位仪为六自由度定位仪，所述两个激光传感器均为红外激光传感器。优选地，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：用探针确定激光传感器X-LS的姿态，得到激光传感器X-LS在定位仪坐标系下的姿态(laser_to_trackingDevice_x)；步骤3.2：用探针确定激光传感器Y-LS的姿态，得到激光传感器Y-LS在定位仪坐标系下的姿态(laser_to_trackingDevice_y)；所述步骤3.1、步骤3.2依次执行或者反向执行。优选地，所述步骤4包括如下步骤：步骤4.1：让探针以两个激光传感器发出的激光交点为圆心顺时针或逆时针旋转与两个激光传感器发出的激光相交，通过激光传感器的信号记录探针与激光传感器X-LS相交时，定位仪获取的探针姿态(Tool_to_trackingDevice_X)，通过激光传感器的信号记录探针与激光传感器Y-LS相交时，定位仪获取的探针姿态(Tool_to_trackingDevice_Y)；步骤4.2：以与步骤4.1相反的方向重复步骤4.1，并使探针姿态与步骤4.1保持一致；步骤4.3：改变探针的姿态，重复N次步骤4.1、步骤4.2，其中，N大于等于10，探针与激光传感器X-LS相交时的多个探针姿态Tool_to_trackingDevice_X)形成探针姿态矩阵探针姿态(Tool_to_trackingDevice_matX)，探针与激光传感器Y-LS相交时的多个探针姿态(Tool_to_trackingDevice_Y)形成探针姿态矩阵(Tool_to_trackingDevice_matY)。优选地，所述步骤5包括如下步骤：步骤5.1：计算探针与激光传感器X-LS相交时，针尖P在定位仪坐标系下的坐标(P_to_trackingDevice_x)＝(P_to_Tool)*(Tool_to_trackingDevice_matX)；步骤5.2：计算探针与激光传感器X-LS相交时，点Q在定位仪坐标系下的坐标(Q_to_trackingDevice_x)＝(Q_to_Tool)*(Tool_to_trackingDevice_matX)；步骤5.3：(P_to_trackingDevice_x)和(Q_to_trackingDevice_x)两点构成一条直线，(laser_to_trackingDevice_x)的也是一条直线，计算这条两条直线的距离Dx；步骤5.4：计算探针与激光传感器Y-LS相交时，针尖P在度定位仪坐标系下的坐标(P_to_trackingDevice_y)＝(P_to_Tool)*(Tool_to_trackingDevice_matY)；步骤5.5：计算探针与激光传感器Y-LS相交时，点Q在定位仪坐标系下的坐标(Q_to_trackingDevice_y)＝(Q_to_Tool)*(Tool_to_trackingDevice_matY)；步骤5.6：(P_to_trackingDevice_y)和(Q_to_trackingDevice_y)两点构成一条直线，(laser_to_trackingDevice_y)的也是一条直线，计算这两条直线的距离Dy；步骤5.7：设计fmincon函数F＝Σ[(Dx*Dx)+(Dy*Dy)]，通过非线性优化求得精确的针尖坐标(P’_to_Tool)和精确的点Q坐标(Q’_to_Tool)，通过探针上两点便能够标定探针的方向。优选地，所述步骤6包括如下步骤：步骤6.1：对标定方向后的探针进行姿态调整，使探针垂直于两个激光传感器；步骤6.2：进一步调整探针姿态，使探针或探针延长线同时与激光传感器X-LS、激光传感器Y-LS相交；步骤6.3：保持探针姿态，延探针方向抬起或下降探针，当两个激光传感器的接收端均刚接收到激光信号时或两个激光传感器的接收端均刚接收不到激光信号时，得到探针针尖P的位置，从而对探针的针尖P进行位置标定。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术通过采用定位仪以及激光传感器重新采集探针姿态信息，对探针方向、探针针尖进行重新标定修正，解决了探针和定位仪之间加工精度有偏差、探针长期使用磨损以及探针误操作导致方向偏移等精度不满足使用条件的问题。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探针标定的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：在探针工作平台上的两个相互垂直的方向上分别安装激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS，并在探针工作平台上安装定位仪；/n步骤2：通过探针设计图纸或实际测量得到针尖P在探针坐标系下的粗略本地坐标(P_to_Tool)；并测量探针上另一点Q在探针坐标系下的粗略本地坐标(Q_to_Tool)；/n步骤3：用探针分别确定两个激光传感器的姿态，得到两个激光传感器在定位仪坐标系下的姿态矩阵(laser_to_trackingDevice)；/n步骤4：多次让探针触碰两个激光传感器发出的激光，通过定位仪获取探针的姿态矩阵(Tool_to_trackingDevice)；/n步骤5：以(P_to_Tool)、(Q_to_Tool)、(laser_to_trackingDevice)以及(Tool_to_trackingDevice)这些信息构建函数约束优化求解标定探针方向；/n步骤6：对方向标定后的探针的针尖P的位置进行标定，从而实现探针的方向与位置标定。/n

【技术特征摘要】
1.一种探针标定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在探针工作平台上的两个相互垂直的方向上分别安装激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS，并在探针工作平台上安装定位仪；
步骤2：通过探针设计图纸或实际测量得到针尖P在探针坐标系下的粗略本地坐标(P_to_Tool)；并测量探针上另一点Q在探针坐标系下的粗略本地坐标(Q_to_Tool)；
步骤3：用探针分别确定两个激光传感器的姿态，得到两个激光传感器在定位仪坐标系下的姿态矩阵(laser_to_trackingDevice)；
步骤4：多次让探针触碰两个激光传感器发出的激光，通过定位仪获取探针的姿态矩阵(Tool_to_trackingDevice)；
步骤5：以(P_to_Tool)、(Q_to_Tool)、(laser_to_trackingDevice)以及(Tool_to_trackingDevice)这些信息构建函数约束优化求解标定探针方向；
步骤6：对方向标定后的探针的针尖P的位置进行标定，从而实现探针的方向与位置标定。


2.根据权利要求1所述的探针标定的方法，其特征在于，所述步骤1中的激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS均包括激光发射端和激光接收端，激光发射端和激光接收端左右布置，激光发射端发射的激光由激光接收端接收，两激光传感器发射的激光相互垂直，定义激光传感器X-LS和激光传感器Y-LS的光路分别为X轴和Y轴。


3.根据权利要求1所述的探针标定的方法，其特征在于，所述步骤1中的定位仪为六自由度定位仪，所述两个激光传感器均为红外激光传感器。


4.根据权利要求1所述的探针标定的方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：用探针确定激光传感器X-LS的姿态，得到激光传感器X-LS在定位仪坐标系下的姿态(laser_to_trackingDevice_x)；
步骤3.2：用探针确定激光传感器Y-LS的姿态，得到激光传感器Y-LS在定位仪坐标系下的姿态(laser_to_trackingDevice_y)；
所述步骤3.1、步骤3.2依次执行或者反向执行。


5.根据权利要求4所述的探针标定的方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：让探针以两个激光传感器发出的激光交点为圆心顺时针或逆时针旋转与两个激光传感器发出的激光相交，通过激光传感器的信号记录探针与激光传感器X-LS相交时，定位仪获取的探针姿态(Tool_to_trackingDevice_X)，通过激光传感器的信号记录探针与激光传感器Y-LS相交时，定位仪获取的探针姿态(Tool_to_trackingDevice_Y)；
步骤4.2：以与步骤4.1相反的方向重复步骤4.1，并使探针姿态与步骤4.1保持一致；
步骤4.3：改变探针的姿态，重复N次步骤4.1、步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建如，吕天予，周振华，刘铁龙，矫健，邵帅，曹佳实，
申请(专利权)人：上海嘉奥信息科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31