用于测头的三维预行程测量方法和预行程补偿方法技术

本公开描述一种用于测头的三维预行程测量方法和补偿方法，三维预行程测量方法包括：准备测试工装，测试工装具有同心圆弧面；利用测头测量位于同心圆弧面的多个接触点，并获得多个接触点的测量坐标和与接触点相配合的矢量方向；基于多个接触点获得多个拟合点组，拟合点组包括不少于四个不共面的接触点；基于多个拟合点组对同心圆弧面进行拟合并获得同心圆弧面的多个球心坐标，基于多个球心坐标获得目标球心坐标；基于目标球心坐标和矢量方向确定多个接触点的理论坐标；基于理论坐标和测量坐标计算与接触点相配合的矢量方向的预行程。由此，能够获得测头在三维方向中不同方向下的预行程。预行程。预行程。

【技术实现步骤摘要】
用于测头的三维预行程测量方法和预行程补偿方法


[0001]本公开大体涉及智能制造装备产业领域，具体涉及一种用于测头的三维预行程测量方法和补偿方法。

技术介绍

[0002]在三坐标测量机中，接触式测头是应用较为广泛的一种测头。一般而言，接触式测头包括触针，当触针与被测物体(也可称为工件)不接触时，触针处于初始位置，也可称为处于静止位置，当触针接触被测物体受到作用力并向任一方向偏转时，触针偏离初始位置并处于偏转位置，触点球与圆柱体之间的接触面接减少，导致触点球与圆柱体之间的电阻上升并形成触发信号，三坐标测量机的坐标测量装置接收到触针形成的触发信号，并记录被测物体中与触针发生接触的接触点的三维坐标，当触针不再与被测物体接触时，触针恢复至初始位置，以等待下一次与被测物体的接触。
[0003]在实际使用接触式测头的过程中，触针在受到大于一定值的作用力后才会形成触发信号，因此触针开始与工件接触的时刻与触针形成触发信号的时刻并不相同，在这段时间中，触针移动的距离可以称为预行程。在这种情况下，需要对三坐标测量机所测量的坐标进行补偿。现有技术中，常用固定的预行程对测量结果进行补偿。
[0004]在测头工作的过程中，由于三坐标测量机会控制触针水平旋转和俯仰旋转，触针与工件接触时与触针接触的部位不一样，若以触针为参考系，触针在三维空间中会受到来自各个方向，由于触针的设计，形成触发信号所对应的作用力在各个方向上并不恒定，同时作用力会导致触针发生形变而引入新的变化，导致触针在不同方向下具有不同的预行程。

技术实现思路
<br/>[0005]本公开是有鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够获得测头在三维中不同方向下的预行程的测量方法并能够基于三维中不同方向下的预行程进行补偿的补偿方法。
[0006]为此，本公开第一方面提供一种用于测头的三维预行程测量方法，包括：准备测试工装，所述测试工装具有同心圆弧面；利用所述测头测量位于所述同心圆弧面的多个接触点，并获得所述多个接触点的测量坐标和与所述接触点相配合的矢量方向；基于所述多个接触点获得多个拟合点组，所述拟合点组包括不少于四个不共面的接触点；基于多个拟合点组对所述同心圆弧面进行拟合并获得所述同心圆弧面的多个球心坐标，基于所述多个球心坐标获得目标球心坐标；基于所述目标球心坐标和所述矢量方向确定所述多个接触点的理论坐标；基于所述理论坐标和所述测量坐标计算与所述接触点相配合的矢量方向的预行程。
[0007]在这种情况下，能够利用拟合点组的接触点对同心圆弧面进行拟合，从而能够获得同心圆弧面的球心坐标，同时，由于在测量过程中获得多个拟合点组，每一个拟合点组都能获得一个球心坐标，从而能够获得多个球心坐标，对多个球心坐标进行处理后能够得到
目标球心坐标，从而能够降低测量过程中可能引入的随机误差，由此能够提高测量精度，另外，获得目标球心坐标后，由于同心圆弧面的上的任意一点与球心的距离均相同，利用目标球心坐标和矢量方向能够确定同心圆弧面的上的任意一点的理论坐标，从而便于预行程的计算。
[0008]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，所述测试工装为球规或球壳型工装。在这种情况下，球规或标准球作为现有的校正量具，加工精度较高且便于获得，同时拥有较高精度的同心圆弧面。
[0009]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，所述同心圆弧面为半球面，多个接触点均匀地分布于所述同心圆弧面。在这种情况下，由于测头与工件接触的位置主要位于测端的下半部分，同心圆弧面为半球面能够尽可能地模拟测头在实际使用情况。同时由于接触点的位置符合一定的规律，便于后续的接触点的理论位置的计算。
[0010]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，所述矢量方向为垂直于所述接触点所在的平面的方向。在这种情况下，能够利用矢量方向确定测端受到的作用力的方向，在该矢量方向下计算得到的预行程也即在测端在受到该方向的作用力时的预行程。
[0011]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，对所述多个接触点中的各个接触点进行分组以获得多个所述拟合点组，不同所述拟合点组之间的接触点不同。在这种情况下，能够减少拟合点组的数量，从而能够快捷地获得对各个接触点进行处理以得到球心坐标。
[0012]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，对所述多个球心坐标进行平均以获得目标球心坐标。在这种情况下，能够通过多个接触点获取目标球心坐标，相对于只用四个接触点获取的球心坐标，通过将多个球心坐标取平均值得到的目标球心坐标能够减少随机误差的影响，从而提高了目标球心坐标的精度。
[0013]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，基于所述目标球心坐标、所述矢量方向以及测试工装的参数确定所述多个接触点的理论坐标。在这种情况下，在测试工装的加工精度较高的情况下(例如测试工装为高精度的用于校准的球规或标准球时)，测试工装的参数(参数中的测试工装的半径)具有更高的精度，通过目标球心坐标、矢量方向以及测试工装的参数确定的多个接触点的理论坐标也具有更高的精度，从而能够提高所得到的预行程的精度。
[0014]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，所述接触点的数量不大于第一预设值，并且不小于第二预设值。在这种情况下，能够减少其他因素引入的误差(例如接触点的数量较多时，测量时间较长，导致设备发热而引入误差)，同时由于测量的接触点越多，对应的方向越多，最后得到的不同方向下的预行程的数据也越充分，后续的数据拟合或插值时得到的预行程的精度越高。
[0015]另外，在本公开第一方面所涉及的三维预行程测量方法中，可选地，获得所述接触点相配合的矢量方向的预行程后，通过拟合或插值的方式获得各个方向的预行程。在这种情况下，由于接触点越多，越容易引入其他误差，同时，理论上测端所受的作用力的方向可以有无数个，因此利用拟合或插值的方式获取其他各个方向下的预行程能够减少工作量，并在减少引入其他误差的情况下获得测头在各个方向下的预行程。
[0016]本公开第二方面提供一种用于测头的三维预行程补偿方法，利用本公开第一方面所述的三维预行程测量方法获取测头在不同方向下的预行程，基于测头在不同方向下的预行程对测头进行补偿。
[0017]根据本公开，提供一种能够获得测头在三维中不同方向下的预行程的测量方法并能够基于三维中不同方向下的预行程进行补偿的补偿方法。
附图说明
[0018]现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开，其中：
[0019]图1是示出了本公开示例所涉及的三坐标测量仪的示意图。
[0020]图2是示出了本公开示例所涉及的测头的立体示意图。
[0021]图3是示出了本公开示例所涉及的测头的内部结构示意图。
[0022]图4A是示出了本公开示例所涉及的测头中的触点球与圆柱体的结构示意图。
[0023]图4B是示出了本公开示例所涉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测头的三维预行程测量方法，其特征在于，包括：准备测试工装，所述测试工装具有同心圆弧面；利用所述测头测量位于所述同心圆弧面的多个接触点，并获得所述多个接触点的测量坐标和与所述接触点相配合的矢量方向；基于所述多个接触点获得多个拟合点组，所述拟合点组包括不少于四个不共面的接触点；基于所述多个拟合点组对所述同心圆弧面进行拟合并获得所述同心圆弧面的多个球心坐标，基于所述多个球心坐标获得目标球心坐标；基于所述目标球心坐标和所述矢量方向确定所述多个接触点的理论坐标；基于所述理论坐标和所述测量坐标计算与所述接触点相配合的矢量方向的预行程。2.根据权利要求1所述的三维预行程测量方法，其特征在于，所述测试工装为球规或球壳型工装。3.根据权利要求1所述的三维预行程测量方法，其特征在于，所述同心圆弧面为半球面，多个接触点均匀地分布于所述同心圆弧面。4.根据权利要求1所述的三维预行程测量方法，其特征在于，所述矢量方向为垂直于所述接触点所在的平面的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：章智伟，张和君，陈源，程龙军，
申请(专利权)人：深圳市中图仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：