用于坐标测量机的测头的系统标定方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于标准球的坐标测量机的光学测头的系统标定方法，步骤如下：a)将已知半径R的标准球放在坐标测量机的工作平台上；b)将测头安装在坐标测量机的移动末端，接着控制坐标测量机以合适的运动轨迹移动测头，在其测量范围之内，完成对工作平台上的标准球的点扫描，所述点扫描大致均匀覆盖整个标准球面，得到N组数据，N大于等于200，每一组数据包括测头的测点数值、坐标测量机的三坐标位置读数以及回转体的旋转角度；c)在上一步操作的基础上，选取N组数据中的一部分数据，经过坐标转换后带入球面约束方程，利用改进的非线性最小二乘法求解该超定非线性方程组即可求得待标定参数，完成系统标定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种基于标准球的坐标测量机的光学测头的系统标定方法，步骤如下：a)将已知半径R的标准球放在坐标测量机的工作平台上；b)将测头安装在坐标测量机的移动末端，接着控制坐标测量机以合适的运动轨迹移动测头，在其测量范围之内，完成对工作平台上的标准球的点扫描，所述点扫描大致均匀覆盖整个标准球面，得到N组数据，N大于等于200，每一组数据包括测头的测点数值、坐标测量机的三坐标位置读数以及回转体的旋转角度；c)在上一步操作的基础上，选取N组数据中的一部分数据，经过坐标转换后带入球面约束方程，利用改进的非线性最小二乘法求解该超定非线性方程组即可求得待标定参数，完成系统标定。【专利说明】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
随着现代工业发展和科技的进步，很多零部件在尺寸上小型化，在型面上自由复杂化。由于需要对自由曲面进行三维测量，实际测量中，触头需要不断变换空间位置来完成采样点的扫描，大大的提高了测量检测的难度和精度要求。在实际应用中，由于三坐标测量机具有可测量空间大，精度高和通用性强等优点，常常利用坐标测量机来获取触头的空间位置，再进一步通过坐标转换得到自由曲面被测点的空间三维坐标信息，进而完成对被测曲面的扫描测量。一种坐标测量机采用接触式触发测头，通过坐标测量机的轴向移动来完成对自由曲面物体的扫描测量。触发测头获取距离信息，三维坐标信息由坐标测量机直接给出。还有一种坐标测量机配备有光学测头。然而，这种专用的光学测头价格昂贵，且测量精度低，而通用的一维光学测头安装调整极其困难，仅靠机械调整，难以达到微米级的精度，限制了光学测头的应用。综上，针对上述标定技术中存在的问题，需要一种高精度的测头标定方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于标准球的坐标测量机的光学测头的系统标定方法，步骤如下:a).将一已知半径R的标准球固定放置在坐标测量机的工作平台上；b).将测头安装在坐标测量机的移动末端，接着控制坐标测量机以合适的运动轨迹移动测头，在其测量范围之内，完成对工作平台上的标准球的点扫描，所述点扫描大致均匀覆盖整个标准球面，得到N组数据，N大于等于200，每一组数据包括测头的测点数值、坐标测量机的三坐标位置读数以及坐标测量机回转体的旋转角度；在上一步操作的基础上，选取N组数据中的一部分数据，经过坐标转换后，得到这些数据所对应的多个被测点P在坐标测量机的基准坐标系下面的坐标值(XpCI，yp0, V))，所述多个被测点P满足下面的球面约束方程，(xp0-a)2+ (yp0-b)2+ (zp0_c)2=R2...(I),如此得到一个含有N个方程的超定非线性方程组，利用改进的非线性最小二乘法求解该超定非线性方程组即可求得待标定参数，完成系统标定。优选的，坐标测量机采用光学测头或接触式触头。优选的，所述标准球为一陶瓷标准球。优选的，所述待标定机为第1、2级关节可固定的变臂式坐标测量机。本专利技术提供一种用于上述方法的基于标准球的坐标测量机的光学测头的系统标定方法的系统标定装置，包括一已知半径R的标准球。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。【专利附图】【附图说明】参考随附的附图，本专利技术更多的目的和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中:图1是根据本专利技术的【具体实施方式】的待标定机的示意图。图2是根据本专利技术的【具体实施方式】的系统标定过程的示意图。图3是坐标测量机的光学测头系统的标定坐标转换示意图。【具体实施方式】在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。针对本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。下面参考附图，对本专利技术的【具体实施方式】进行说明。本专利技术要解决的技术问题是:实现坐标测量机光学测头的系统标定，即获取光学测头在坐标测量机的移动末端下的相对安装位置信息，即光学测头光束方向矢量和坐标变换矩阵。本专利技术以用于坐标测量机的光学测头的系统标定方法为例进行说明，该标定方法同样适用于对坐标测量机的接触式触头的系统标定。下面以一般的六自由度关节式坐标测量机作为待标定机进行说明，该坐标测量机具有光学测头。图1所示的待标定机为关节式柔性坐标测量机，具有六自由度。待标定机包括:基座 101，三段测量臂 102、103、104，关节 111、112、113、114、115、116，以及光学测头 105。在基座101上，由三段测量臂101、102、103串联的六个可旋转的关节111、112、113、114、115、116构成空间开链结构，该开链结构的末端是测量机的光学测头105。各关节111、112、113、114、115、116可以绕其自身的轴线进行转动，关节转动的角度由其上安装的高精度圆光栅角度传感器控制获得。由于机械结构限制，其中关节111、113、115可在O?2π角度范围内旋转,而关节112、114、116可在-JI?O角度范围内旋转。优选的，待标定机为第1、2级关节可固定的变臂式坐标测量机，其关节111、112具有锁定装置，通过其可使测量臂111、112位置固定。变臂式坐标测量机在关节固定时的测量结果比用任意姿态测量获得的测量结果精度要高，同时变臂测量机由于关节可固定，相应在测量时应用不同位姿要容易一些，不需要辅助支撑器件。关节式坐标测量机类似仿人手机械臂，但对测量位姿没有要求，因此对同一个测量点，可以采用任意姿态进行测量，这样就可以得到任意组测头坐标，由于误差的存在，使得这些测头坐标并不能完全相同，这被称之为测量机的重复性误差。目前，衡量关节式坐标测量机的精度标准即采用重复性精度和测长精度。本实施方案充分考虑了关节式坐标测量机这一特点，对同一测量点采用不同姿态多次测量，同时为了满足空间误差分布规律，对不同位置上的单点进行测量。根据本专利技术的坐标测量机的光学测头的系统标定方法中，包括如下步骤:1.如图2所示,将一陶瓷标准球201放在坐标测量机的工作平台上。在本实施例中，被测物体为一已知半径R的陶瓷标准球，该标准球是标定系统的关键部件之一，用来将标定过程中的所有被测点约束在一个球面上。因此，该陶瓷标准球要求很高的加工精度，以获得准确的原始数据，并进而获得精确的标定结果。2.将光学三角测头安装在坐标测量机的移动末端，接着用计算机控制坐标测量机以合适的运动轨迹移动光学三角测头，在其测量范围之内，完成对工作平台上的标准球的点扫描，所述点扫描大致均匀覆盖整个标准球面，得到N组数据，N大于等于200，每一组数据包括光学测头的测距读数t，坐标测量机的三坐标位置(qx，qy, qz)以及坐标测量机回转体的旋转角度。这里采用的是光学三角法测量法，这是一种非接触测量法，由测头光源发出的一束光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于标准球的坐标测量机的光学测头的系统标定方法，步骤如下：a).将一已知半径R的标准球固定放置在坐标测量机的工作平台上；b).将测头安装在坐标测量机的移动末端，接着控制坐标测量机以合适的运动轨迹移动测头，在其测量范围之内，完成对工作平台上的标准球的点扫描，所述点扫描大致均匀覆盖整个标准球面，得到N组数据，N大于等于200，每一组数据包括测头的测点数值、坐标测量机的三坐标位置读数以及坐标测量机回转体的旋转角度；c).在上一步操作的基础上，选取N组数据中的一部分数据，经过坐标转换后,得到这些数据所对应的多个被测点P在坐标测量机的基准坐标系下面的坐标值（xp0,yp0,zp0），所述多个被测点P满足下面的球面约束方程，(xp0‑a)2+(yp0‑b)2+(zp0‑c)2=R2      …（1）如此得到一个含有N个方程的超定非线性方程组，利用改进的非线性最小二乘法求解该超定非线性方程组即可求得待标定参数，完成系统标定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，娄小平，郭阳宽，董明利，王君，周哲海，燕必希，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11