利用测针球心坐标精密测量空间曲面上点和空间曲面的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用测针球心坐标精密测量空间曲面上点的方法，包括如下步骤：（１）在空间曲面上建立投影面为正三角形的微型三角形，使空间曲面上测量点（Ｇ）的投影点（Ｍ）在该正三角形的中心上；（２）计算空间曲面上该微型三角形的法向矢量；（３）以该法向矢量为测针趋近和补偿方向，以该测量点（Ｇ）为测量目标点，启动测针半径补偿，获得该测量点（Ｇ）的精确测量值。本发明专利技术还可用于复杂的空间曲线面测量，具有很高的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密测量空间曲面上点和空间曲面的方法。尤其涉及在任意空间曲 面上创建微三角形，完成其方向余弦计算，使用其法矢量在三坐标测量机i^t任意空间曲面实施精密测量的方法。本专利技术适用于机械制造领:^空间曲面在测量机上 的测试，如逆向工程和计量检定等；同时也适用于对任意空间曲面上在测量机上的 精密测试技术研究，包括测量机控制系统及软件系统的研究、测量机功能的模块化 设计等。
技术介绍
在用三坐标测量完成任意空间曲线面的计量测试中，关键技术就是如何补偿测 针半径值，补偿测针半径的关键理论又是如何计算空间曲面上的法线矢量，对任意 空间曲线面，没有数学方程式，不能应用微积分中的偏导数计算所观懂点法矢量的 方向余弦，因此，在测量机上对任意空间曲面的测量都较难。空间曲面的应用非常广泛，最常见的就是叶片面、三维轮廓表面等。在测量中， 当无法确定空间曲面的应用领域，或者无法确定空间曲面的设计规律，我们都把它 看为任意空间曲线面。过去，很多测量机没有空间曲线面测量功能，如果存在，也 是将测量数据在相应的软件或数学模型中做处理，从测试技术中直接获取轮廓测量 数据的几乎没有。目前，国际上被称为先进的测量系统如PC-DMIS，有少量测量空 间曲线功能，但条件是要将它的空间CAD/CAM模型导入PC-DMIS，实际上，是测 量软件系统完^Mi点的空间法向矢量计算，完成的是部4H寺征点的测量，所以， 如果没有CAD/CAM模型，要对任意空间曲线面做精密测量，依然要考虑所测点的空间》去向矢量计算。如果不能计算任意空间曲线面测点的空间纟去向矢量，其精密测量 是不能在测量机上完成的，若测量机没有提供程序的设计环境，或没有提供相关命 令，同样，任意空间曲线面的测量也不能在测量^U:完成，除非有数据处理软件或 其它数学模型补偿观附半径。如果测量空间曲面时关闭测量半径补偿，那么获取的坐标数据不是轮廓面上的 坐标数据，是测针中心的坐标位置；若启动测针半径补偿，其测量理论要求测针沿着所测点的法向矢量作趋近补偿观糧，否则将产生测量聽，或错误的测量结果， 但计算任意空间面上所测点的法向矢量是不容易的。面对这类技术问题，本专利技术提 供了一种"微型三角形"在空间曲面上的构g其法线矢量计算法，该方法应用正 三角形的几何特点，应用向量计算理论，完成空间曲面上法线矢量及其方向余弦的 计算，以测量"微型三角形重心"的"湖附中心坐标"为其测量目标点，实M任 意空间曲线面的精密测量，该方法通过理论论i正和实验，有高的测量准确度。
技术实现思路
为使三坐标测量机完成任意空间曲面的测试，如烟草行业的烟机配件中复杂轮 廓、3D轮廓面及叶片等，本专利技术提供一种"微型三角形"在空间曲面上的构建及其 法线矢量计算法，以便能采用矢量补偿测量法完成任意空间曲面的精密测量。首先， 选择合适的投影面，利用垂直于投影面的矢量，采用关闭测针半径补偿按技术要求测量空间曲面上4个测量点，这些点是测针中心点；其中3个测量点符合相应的理 论公式在空间曲面上构成投影面为"正三角形"的"微型三角形"，第4个测量点 的投影在该"正三角形"的中心上；用完職4个领糧点的"湖附中心坐标"为其 测量目标点，应用向量计算该"微型三角形"法矢量，应用DEAPPL语言设计程序， 4顿其方向余弦，启动领附半径补偿对该任意空间曲面做精密测量；其次，在测量 过程中，首先设定或计算出观l慮第一点的坐标位置及该"正三角形"的高，然后， 按领糧点顺序可以分布出"微型三角形"上各观懂点的目标位置；第三，由于其测 量的精度取决于该微型三角形的微型化，呈度，即该正三角形的高趋近"一定值"， 则测量的精度就高，因此，"正三角形"高的大小决定着测量精度和效率；第四， 如果测量目标点的投影按"/(x)变化设计，那么，该理论可以用于复杂的空间曲 线面测量，如阿基米德螺旋面；由于通过实验得出高的测量精度，因此，可以用于 在测量丰几上作精密测i式技术研究及计量检定；由于目前的三坐标测量机上几乎没有 任意空间曲线面的扫描功能，因此，该专利技术可以用于测量机功能的模i刺七设计和研 究等。本专利技术的目的是Mf共一种通过创建微型三角形和利用测针球心坐标为测量目标 点从而实现精密测量空间曲面上点的方法，其技术方案如下一种利用测针球心坐标精密测量空间曲面上点的方法，理论上包括如下步骤20()在空间曲面上建立投影面为正三角形的微型三角形，使空间曲面上测量点 (G)的投影点(M)在该正三角形的中心上；(2) 计算空间曲面上该微型三角形的法向矢量；(3) 以该法向矢量为测针趋近和补偿方向，以该测量点(G)为测量目标点， 启动领附半径补偿，获得该测量点(G)的精确测量值。其中，所述步骤(1)进一步包括以下步骤(1.1) 根据该投影点(M)的平面坐标，计算投影面上该正三角形的三个顶点 的平面坐标；(1.2) 关闭观附半径补偿，使观附沿垂直于投影面的矢量方向，测量微型三角形的三个顶点及测量点(G)的z坐标，得到测量点(G)即测针球心的空间坐标。所述步骤(2)进一步包括以下步骤 (2.1)以观懂获得的空间曲面上该微型三角形的三个顶点坐标，两两分别作连线向量，禾佣这两个连线向量的向量积求得该微型三角形的法向矢量。 本专利技术还提供了一种利用须附球心坐标精密领懂空间曲面的方法，在空间曲面的投影面上依次建立若干个测量点，分别采用如上戶腿方法获得各个湖糧点的精确坐标值，从而得到空间曲线面上的整个轮廓坐标值。进一步，该空间曲面为空间旋转曲面时，使用等分度法建立空间旋转曲面上的进一步，该空间曲面上须糧点在投影面的轨迹函数为"f (x)。 首先，关于测量机观附判劲卜偿理论由于在三坐标测量技术中，精密测量任 何几何元素，都必须作测针半径补偿，测量"点"时，测针必须沿着所测量点的法 线无障碍地趋近观糧点测量，并在该法线矢量上做领附判5补偿，否则，将产生误差。如图1述，为测量空间曲面M上的点A示意图，P为A点切平面，N为A点法线， 除沿N的矢量V1以外的任何矢量测量A点，如V2、 V3， 产生测针半径补偿误 差，该误差是系统误差。因此，要完成法向矢量的计算。其次，曲面的空间法线与测量空间曲面关系i^i正:下面分析两条等距曲面关于切 点的法线状况，如图2述M1和M2是等距曲面，其距离为d，在等距曲面间作一个 小d的球，该球与M1曲面的切点为A点，过该切点作切平面P1，过A点作该切平面 Pl垂线N1，则N1是M1曲面的法线并通过小d的球心，由于是等距曲面，所以该球 和M2曲面存在唯一交点B，并在Ml曲面的》去线Nl上，过B点作切平面Pl的两条5平行线P2和P3，则P2和P3所确定的平面为曲面M2的切平面，因此，法线N1也 是M2曲面的法线。该结论是空间曲面的法线也是它的等距空间曲面的法线。(推论1) 同理可证: 一条曲线的法线也是它的等距曲线的法线。 (推论2 )测量空间曲面轮廓中，由于关闭领附半径补偿时，观附中心所在的空间曲面是 该轮廓的等距离曲面，根据"推论1"可知，如果测量轮廓面时，能确定测针中心 的坐标及其法线，则可用其法线矢量，启动测针半径补偿，以该测针中心的坐标为 目标点，对该曲面轮廓上的点坐标实施精密测量。第三，构建微型三角形理论如图3述，为局部空间轮廓曲面在空间解析几 何中，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用测针球心坐标精密测量空间曲面上点的方法，其特征在于，包括如下步骤：　（１）在空间曲面上建立投影面为正三角形的微型三角形，使空间曲面上测量点（Ｇ）的投影点（Ｍ）在该正三角形的中心上；　（２）计算空间曲面上该微型三角形的法向 矢量；　（３）以该法向矢量为测针趋近和补偿方向，以该测量点（Ｇ）为测量目标点，启动测针半径补偿，获得该测量点（Ｇ）的精确测量值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李存华，
申请(专利权)人：红塔烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]