多轴联动复合测量系统及微零件全轮廓自动化测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多轴联动复合测量系统及微零件全轮廓自动化测量方法，所述方法包括：S1、对初步测量子系统和精细测量子系统进行耦合标定，生成坐标变换矩阵；S2、利用初步测量子系统对待测微零件进行测量，生成第一测量结果；S3、根据第一测量结果解算待测微零件初始位姿，通过坐标变换矩阵将待测微零件初始位姿标定至精细测量子系统；S4、获取待测微零件表面的若干采样点坐标，精细测量子系统以初始位姿为基准，对采样点坐标进行排序生成测量路径。本发明专利技术采用低精度大视场测量子系统对待测微零件位姿进行预认知，并依此生成高精度测量路径，提高了在全轮廓中，精确测量路径获取的效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
多轴联动复合测量系统及微零件全轮廓自动化测量方法


[0001]本专利技术涉及轮廓测量
，具体为一种多轴联动复合测量系统及微零件全轮廓自动化测量方法。

技术介绍

[0002]随着产品及仪器设备的小型化、精密化，近年来在先进制造、医疗器械、航空航天、逆向工程、国防科研等领域，总体尺寸在厘米级或毫米级的微零件已经得到广泛的应用。微零件除了尺寸较小外，其表面往往还具有复杂狭小的结构、大曲率表面、法向量突变区域等特征。这些特征甚至微零件全轮廓面形将直接影响到其应用性能及长期使用的稳定性，所以对微零件全轮廓的高精度测量是其制造及应用中不可或缺的质量把控环节。
[0003]然而，由于微零件特征的多样性及复杂程度，使得其全轮廓测量存在众多困难，目前能够对微零件特征进行测量的方法及仪器较少。目前对于微零件全轮廓测量主要采用大测量视场的测量方法在多个角度下获取微小零件表面局部三维形貌，然后根据重叠区域或某些特征结构实现数据拼接，从而恢复全表面的轮廓。首先，微零件结构复杂这种方式很难实现自动化，在测量过程需要大量的人工操作，耗时且受人为因素影响；其次，大测量视场的测量传感器往往具有一定的测量盲区，且在保证大视场的基础上一定程度降低了测量精度；最后，该方式需要拼接的参与，同样会降低面型恢复的精度。
[0004]为了避免大视场测量所面临的上述问题，国内外企业及学者采用灵活性较高的接触式或非接触式点测量方法并提出了相应的两类路径规划方式：一是被动路径规划方式，该方式更常见于光学非球面测量领域，根据所测量的微小零件模型生成相应的测量路径，采用高精度的工装夹具以保证微小零件位姿尽量符合路径要求，然后根据对其的多次探测并通过电动机构自动调整零件位姿，以适应生成的测量路径。该方式需要配备相应的电动机构以调整位姿，通过反复调整才能够使实际位姿符合路径的要求，繁琐耗时且在探测过程中具有一定的盲目性。二是主动路径规划方式，该方式仅需对待测微小零件进行一次探测，识别其位姿，然后根据实际位姿调整所设计的测量路径。例如常见的三坐标测量机在对待测件进行扫描测量前，需要先手动在零件表面选取若干特殊结构打点，并与路径设计所使用的模型对应点相关联，但是本质上仍然是判断待测件位姿后调整路径以适应实际情况。然而上述两种仪器的位姿探测过程容易受人为因素影响，并且在所测量零件特征结构不明显时难以实现，并且接触式测针的尺寸将直接限制了其可测量的结构类型、尺寸和材质。
[0005]综上所示，现有的轮廓测量方法在精度、流程、适用性等方面均存在一定的缺陷和不足，亟需一种多轴联动复合测量系统及微零件全轮廓自动化测量方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，一方面，提供了一种应用于多轴联动复合测量系统的微零件全轮廓自动化测量方法，该方法首先采用低精度大视场测量子系统对待测微零件位姿进行
预认知，并依此生成高精度测量路径，提高了在全轮廓中，精确测量路径获取的效率。
[0007]另一方面，本专利技术提供了一种多轴联动复合测量系统，通过设置逆投影测量结构和光谱共聚焦点测量结构，可以实现对待测微零件全轮廓的高效测量。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种应用于多轴联动复合测量系统的微零件全轮廓自动化测量方法，其中，所述多轴联动复合测量系统包括初步测量子系统和精细测量子系统，所述初步测量子系统用于实现低精度大视场测量，所述精细测量子系统用于实现高精度点测量，所述方法包括：
[0009]S1、对初步测量子系统和精细测量子系统进行耦合标定，生成坐标变换矩阵；
[0010]S2、利用初步测量子系统对待测微零件进行测量，生成第一测量结果；
[0011]S3、根据第一测量结果解算待测微零件初始位姿，通过坐标变换矩阵将待测微零件初始位姿标定至精细测量子系统；
[0012]S4、获取待测微零件表面的若干采样点坐标，精细测量子系统以初始位姿为基准，对采样点坐标进行排序生成测量路径。
[0013]优选的，所述S1中进行耦合标定包括：
[0014]分别利用初步测量子系统和精细测量子系统对标准球阵列进行测量；
[0015]对测量结果进行处理并分别提取球心坐标；
[0016]通过点云配准算法生成坐标变换矩阵。
[0017]优选的，所述S4中获取待测微零件表面的若干采样点坐标包括：
[0018]以初始位姿为基准，以待测微零件的理论三维模型为参考，对第一测量结果中的表面采样点坐标进行提取和处理生成采样点云。
[0019]优选的，所述S4中获取待测微零件表面的若干采样点坐标包括：
[0020]以初始位姿为基准，对第一测量结果中的表面采样点坐标进行插值或降采样处理生成采样点云。
[0021]优选的，所述S4中对采样点坐标进行排序生成测量路径包括：
[0022]迭代计算每个采样点沿法向量的测量坐标，生成相应的测量路径。
[0023]优选的，所述方法还包括：
[0024]S5、精细测量子系统依据测量路径对待测微零件进行全轮廓扫描。
[0025]优选的，所述初步测量子系统采用逆投影测量结构，所述精细测量子系统采用光谱共聚焦点测量结构。
[0026]一种多轴联动复合测量系统，包括：
[0027]逆投影测量结构，用于采集待测微零件的轮廓信息，实现低精度大视场测量；
[0028]光谱共聚焦点测量结构，用于获取待测微零件上相应测量位置的距离信息，实现高精度点测量。
[0029]优选的，所述逆投影测量结构包括相对设置的投影光源和相机，所述待测微零件设置在投影光源和相机之间，所述光谱共聚焦点测量结构包括设置在所述待测微零件上方的光谱共聚焦传感器。
[0030]优选的，还包括多轴驱动结构，所述待测微零件固定安装在载物台上，所述多轴驱动结构用于驱动载物台沿多个方向进行移动。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术一方面，提供了一种应用于多轴联动复合测量系统的微零件全轮廓自动化测量方法，该方法首先采用低精度大视场测量子系统对待测微零件位姿进行预认知，并依此生成高精度测量路径，提高了在全轮廓测量中精确测量路径获取的效率。
[0033]另一方面，本专利技术提供了一种多轴联动复合测量系统，通过设置逆投影测量结构和光谱共聚焦点测量结构，可以实现对待测微零件全轮廓的高效测量。
附图说明
[0034]图1为本专利技术一种应用于多轴联动复合测量系统的微零件全轮廓自动化测量方法的流程框图；
[0035]图2为本专利技术一种多轴联动复合测量系统的系统构成示意图；
[0036]图3为本专利技术一种多轴联动复合测量系统的工作流程图；
[0037]图4为本专利技术一种多轴联动复合测量系统的五轴测量系统结构示意图；
[0038]图5为本专利技术一种应用于多轴联动复合测量系统的微零件全轮廓自动化测量方法中标准球的结构示意图；
[0039]图6为本专利技术一种应用于多轴联动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于多轴联动复合测量系统的微零件全轮廓自动化测量方法，其特征在于，其中，所述多轴联动复合测量系统包括初步测量子系统和精细测量子系统，所述初步测量子系统用于实现低精度大视场测量，所述精细测量子系统用于实现高精度点测量，所述方法包括：S1、对初步测量子系统和精细测量子系统进行耦合标定，生成坐标变换矩阵；S2、利用初步测量子系统对待测微零件进行测量，生成第一测量结果；S3、根据第一测量结果解算待测微零件初始位姿，通过坐标变换矩阵将待测微零件初始位姿标定至精细测量子系统；S4、获取待测微零件表面的若干采样点坐标，精细测量子系统以初始位姿为基准，对采样点坐标进行排序生成测量路径。2.根据权利要求1所述的微零件全轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述S1中进行耦合标定包括：分别利用初步测量子系统和精细测量子系统对标准球阵列进行测量；对测量结果进行处理并分别提取球心坐标；通过点云配准算法生成坐标变换矩阵。3.根据权利要求1所述的微零件全轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述S4中获取待测微零件表面的若干采样点坐标包括：以初始位姿为基准，以待测微零件的理论三维模型为参考，对第一测量结果中的表面采样点坐标进行提取和处理生成采样点云。4.根据权利要求1所述的微零件全轮廓自动化测量方法，其特征在于，所述S4中获取待测微零件表面的若干采样点坐标包括：以初始位姿为基准，对第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张效栋，刘磊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：