本发明专利技术公开了一种基于探路法的未知自由曲面自适应测量方法与测头装置。将接触式测头安装在两个激光测头中间，整个装置安装在三坐标测量机的Ｚ轴上，利用两个激光测头的信号进行探路，接触式测头用于测量；当接触式测头从当前测量点运动到下一个待测点的过程中，激光测头以０．５～２ｍｍ的采样步长，对前面的测量路径进行探路，并将获得的测量数据经过处理后，拟合成三次均匀Ｂ样条曲线；然后将拟合后的曲线按曲率大小，离散成自适应的采样点，同时生成与采样点对应避障点；再以这些采样点、避障点指导接触式测量，实现对未知自由曲面的自适应测量。该方法算法简便，装置结构简单，易于实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及不规则的表面或轮廓的测量，尤其是涉及一种基于探路法的未知自由曲面自适应测量方法与测头装置。
技术介绍
在机械制造领域，涉及大量含自由曲面的零部件，如汽车车体覆盖件、发动机气道、汽轮机叶片、飞机机翼等。这些零部件的设计、制造与检测问题直接关系到自由曲面的数字化测量，即是用一系列离散的采样点提取曲面原始形状信息。三坐标测量机以其高精度、智能化等特点在自由曲面数字化测量方面的应用最为广泛。 用三坐标测量机对自由曲面进行数字化采样时，关键之一是确定合理的采样方法。为了实现对自由曲面高效、高精度的测量，要求采样方法具有自适应特性，即采样点的布置随曲面曲率的变化而变化，曲率越大，采样点越密，反之采样点越疏。目前，被广泛使用的未知自由曲面数字化采样方法主要有四种 (1)等间距扫描法按程序事先设定的采样步长及避障点生成方法，对自由曲面的各个截面进行等间距扫描测量，是目前常用的数字化采样方法。它可以通过缩小采样间距来改善采样精度，但会显著降低数字化测量的效率，而且由于测点的显著增加，大大增加了后续处理的难度。 (2)自适应预测法先将已测得的若干点拟合成某一种曲线，再根据预定采样精度，调整曲线参数，自适应地外插，获取下一个探测点和避障点，实现自适应测量。 (3)粗-精二步法在多种测量传感器集成的环境下，先对测量对象进行粗测量(如CCD测量)，再利用粗测量重构的模型信息，指导精测量(如接触式测量)，实现自适应采样。 (4)细分迭代法先对被测曲面进行等间距均匀粗测，并形成网格。然后对不符合精度要求的网格进行细分测量，如此循环迭代，直到所有的网格都符合预定精度要求。目前该方法有三角细分迭代和矩形细分迭代两种。 以上方法中，等间距扫描法简单易行，但没有体现自适应特性。自适应预测法以“预测算法”为基础，可以实现自适应采样，但预测算法往往非常复杂，且不能精确的预测到每一种情况。粗-精二步法是一种理论上比较理想的方法，但需要集成快速粗测传感器(如CCD传感器)，且快速重构粗模型有一定的难度。此外，粗测和精测是一个串行过程，会影响测量效率。该方法还处在进一步的探索中。细分迭代法中，初始网格大小的确定对测量过程有很大的影响，但由于曲面模型未知，所以对初始网络大小的确定没有合理的依据可循，一般凭经验设定初始网格。该方法在实际中运用较少。同时，以上四种方法本身均没有边界识别能力，都要求在测量前人工设定自由曲面的测量边界。
技术实现思路
针对现有未知自由曲面数字化采样方法的不足，本专利技术的目的是提供一种一种基于探路法的未知自由曲面自适应测量方法与测头装置。将接触式测头和点激光测头并行安装在三坐标测量机的Z轴上，其中激光测头的信号进行探路，接触式测头用于测量。测量过程中，以激光测头的探测数据指导接触式测量，从而实现自适应测量。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一、一种基于探路法的未知自由曲面自适应测量方法 将接触式测头安装在两个激光测头中间，整个装置安装在三坐标测量机的Z轴上，其中利用两个激光测头的信号进行探路，接触式测头用于测量；测量时，当接触式测头从当前测量点运动到下一个待测点的过程中，激光测头以0.5～2mm的采样步长，对前面的测量路径进行探路，并将获得的测量数据经过处理后，拟合成三次均匀B样条曲线；然后将拟合后的曲线按曲率大小，离散成自适应的采样点，同时生成与采样点对应避障点；再以这些采样点、避障点指导接触式测量，实现对未知自由曲面的自适应测量。 所述的激光测头是采用点激光测头进行探路，接触式测头采用触发式测头进行测量。 所述的从激光测头获得数据在拟合成曲线前，经过去噪音点处理。 所述的拟合后的三次均匀B样条曲线，以弧长与对应弦长的差值作为预值进行自适应离散。 根据激光测头的信号从有到无或从无到有的突变，识别曲面的边界。 二、一种基于探路法的未知自由曲面自适应测量装置 右激光测头固定在基板上；基板安装在“∏”形测头基座的右内侧；左激光测头以同样的形式安装在测头基座的左内侧；接触式测头上的连接棒穿过连接孔放置在测头基座的中间；左、右激光测头以在测头基座上相对接触式测头呈对称分布；整个测头装置安装在三坐标测量机的Z轴上；三坐标测量机Z轴上有四个连接孔及一个夹紧装置与测头基座上的四个连接孔连接，夹紧装置夹紧接触式测头的连接棒。 所述的左右激光测头发射的激光束与接触式测头的测杆所在直线，处在同一平面内，且该平面与测量机机器坐标系的XOZ平面平行。 所述的四个基座安装孔、接触式测头连接孔和基板安装孔均为键槽孔。 所述的左、右激光测头的下底面到接触式测头的测球的垂直距离h，等于激光测头的测量净空。 本专利技术具有的有益效果是 1)以点激光测头的测量数据为指导，生成采样点和避障点，实现自适应测量。 2)在测量过程中，点激光测头和接触式测头并行工作，点激光测头的探路测量不影响接触式测量的效率。 3)点激光测头除探路测量外，可以实现曲面边界的自动识别。 4)装置结构简易，路径规划算法简单，易于实现。 附图说明 图1是探路法的自由曲面自适应测量装置结构示意图； 图2是测头基座结构的三视图； 图3是自适应测量过程示意图； 图4是三个相邻测点的位置关系图； 图5是去噪音点前后激光测量数据对照图； 图6是拟合成的均匀三次B样条曲线图； 图7是B样条曲线自适应离散后的采样点分布示意图； 图8是与自适应采样点对应的避障点示意图。 图中1、测头基座，2、接触式测头，3、左激光测头，4、右激光测头，5、基板，6、固定螺钉，7、内六角螺钉，8、激光束，9、测杆，10、测球，11、基座安装孔，12、连接孔，13基板安装孔，14、连接棒。 具体实施例方式 如图1、图2所示，本专利技术中的右激光测头4通过内六角螺钉7固定在基板5上；基板5通过固定螺钉6和基板安装孔13，安装在“∏”形测头基座1的右侧。左激光测头3以同样的形式安装在测头基座1的左内侧；接触式测头2上的连接棒14穿过连接孔12放置在测头基座1的中间；左、右激光测头3、4以在测头基座1上相对接触式测头呈对称分布；整个测头装置安装在三坐标测量机的Z轴上；三坐标测量机Z轴上有四个连接孔及一个夹紧装置与测头基座1上的四个连接孔11连接，夹紧装置夹紧接触式测头2的连接棒14。 所述的左右激光测头3、4发射的激光束8与接触式测头2的测杆9所在直线，处在同一平面内，且该平面与测量机机器坐标系的XOZ平面平行。 所述的四个基座安装孔11、接触式测头连接孔12和基板安装孔13均为键槽孔。 所述的左、右激光测头3、4的下底面到接触式测头2测球10的垂直距离h，等于激光测头3、4的测量净空。 如图2(a)、图2(b)所示，“∏”形测头基座1上的基板安装孔13设计成键槽孔。这样激光测头3、4的位置可以作上下调整，以便使激光测头3、4的下底面到测球10的距离h，等于激光测头的测量净空(激光测头下底面到激光束汇聚焦点的距离)，以达到最好的测量效果。 测量开始前，整个装置将安装在三坐标测量机的Z轴上。三坐标测量机Z轴的连接座上有四个连接孔及一个夹紧装置，其中四个连接孔分别与测头基座1上的四个安装孔11对应，用于固定测头基座1。夹紧装置用于夹紧接触式测头2的连本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于探路法的未知自由曲面自适应测量方法，其特征在于：将接触式测头安装在两个激光测头中间，整个装置安装在三坐标测量机的Ｚ轴上，其中利用两个激光测头的信号进行探路，接触式测头用于测量。测量时，当接触式测头从当前测量点运动到下一个待测点的过程中，激光测头以０．５～２ｍｍ的采样步长，对前面的测量路径进行探路，并将获得的测量数据经过处理后，拟合成三次均匀Ｂ样条曲线；然后将拟合后的曲线按曲率大小，离散成自适应的采样点，同时生成与采样点对应避障点。再以这些采样点、避障点指导接触式测量，实现对未知自由曲面的自适应测量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢科青，王文，陈子辰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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