CN100387931C - 实现大量程自由曲面的高精度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现大量程自由曲面的高精度测量方法，将被测曲面置于可作X向和Y向精密移动的平台上，集成激光位移传感器和光栅位移传感器或线性编码器，将激光位移传感器安装在一个能做Z方向随动的伺服机构上，自由曲面的Z坐标由激光位移传感器和光栅位移传感器或线性编码器的输出而得到，纵横向坐标则由路径规划的X向和Y向精密移动的平台给出。本发明采用多传感器集成融合的方法，可同时具备高效率、大量程和高精度的特点，可解决自由曲面测量中的测量范围和高精度难以兼顾的技术难题，为大量程自由曲面的高精度测量提供一种新的技术方法，将在制造技术领域得到广泛的应用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种自由曲面零件的自动测量方法。
背景技术
在与制造业密切相关的航空航天、汽车、模具、造船等工业领域，自由曲面零件得到了越来越广泛的应用。目前，自由曲面的测量方法主要有坐标测量法、双目立体视觉法、激光三角法、干涉法、逐层扫描测量法等，各种测量方法各有其优缺点，难以同时满足高效率、大量程和高精度的要求。
对自由曲面的测量，总体上有以下三种主要方法：(1)三坐标测量机接触测头与非接触测头的集成，由于三坐标测量机在工业界的广泛应用，这种方法得到了国内外学者的广泛研究，如Carbone和V.Chan采用立体视觉用于定位扫描空间的被测物体，生成测量路径指导测头实现测量；英国雷尼绍公司的CYCLON2扫描测量仪，通过激光测头和接触式测头的互换，可对易碎、易变形的形体及精密花纹进行扫描；西安交通大学研究了立体视觉指导下的CMM智能检测系统，天津大学做过机器人柔性自动坐标测量检测系统等等。这种集成方法虽具有很高的精度，但在实现智能化测量、减少人工干预和错误以及提高测量速度和稳定性方面还有待深入研究；(2)集成激光器和CCD的线结构光法，如美国3D Scanners公司的REPLICA逆向工程系统，华中理工大学的基于CNC系统的线结构激光仿形测量系统等，这种方法具有大量程、大视场、光纹信息提取简单等特点，近年来得到国内外学者的广泛关注，但不足之处是精度相对较低、标定比较困难；(3)激光位移传感器与CCD的集成，如浙江大学李剑在数控铣床上开发了自由曲面激光非接触测量系统，鞠华对非接触测量规划及数据处理与误差补偿等关键技术进行了研究，其方法是采用开放式运动控制系统，以机器视觉指导测量规划，采用激光位移传感器直接获取测量Z方向的位移，这种方法有望实现快速测量、曲面重构和数控加工的一体化，但由于激光位移传感器测量原理上的非线性，不能兼具大量程和高精度的特点。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种可兼顾自由曲面测量中的大量程和高精度测量的实现大量程自由曲面的高精度测量方法。
本发明的技术解决方案是：
一种实现大量程自由曲面的高精度测量方法，其特征是：包括下列步骤：
(1)将被测曲面置于可作X向和Y向精密移动的平台上；
(2)将激光位移传感器安装在与机床主轴平行的滚珠丝杆所驱动的线性进给平台上，组成Z向线性移动机构，伺服电机控制线性移动机构的位移，线性编码器或光栅传感器装于线性进给平台上，激光位移传感器、线性编码器或光栅传感器与信息处理系统连接；
(3)根据被测自由曲面的特征将自由曲面划分成一定间距的截面，然后对各个截面曲线进行测量，按被测自由曲面特征设计的路径规划，驱动X向和Y向精密移动的平台沿Y向移动一个间距，得到一个截面曲线，然后驱动X向和Y向精密移动的平台沿X向移动一个间距，通过激光测头跟踪被测点的位置，控制伺服电机的运动，保持激光位移传感器始终在其测量范围的中心，由激光位移传感器和光栅位移传感器或线性编码器的输出得到自由曲面的Z坐标，由路径规划的X向和Y向精密移动的平台给出X、Y向坐标，得到被测自由曲面的三维坐标值。
可作X向和Y向精密移动的平台是三坐标测量机的X-Y平台或数控加工中心的工作台。
本发明采用多传感器集成融合的方法，可同时具备高效率、大量程和高精度的特点，可解决自由曲面测量中的测量范围和高精度难以兼顾的技术难题，为大量程自由曲面的高精度测量提供一种新的技术方法，将在制造技术领域得到广泛的应用。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图是本发明一个实施例的原理图。
具体实施方式：
图中1、伺服电机，2、机床主轴，3、电机驱动器，4、电机运动控制板，5、放大器，6、计数器，7、线性编码器或光栅传感器，8、线性进给平台，9、标尺，10、滚珠丝杠，11、放大器，12、激光位移传感器，13、起始位置挡块，14、可作X向和Y向精密移动的平台，15、被测曲面。
一种实现大量程自由曲面的高精度测量方法，包括下列步骤：
(1)将被测曲面15置于可作X向和Y向精密移动的平台14上；
(2)将激光位移传感器12安装在与机床主轴2平行的滚珠丝杆10所驱动的线性进给平台8上，组成Z向线性移动机构，伺服电机1控制线性移动机构的位移，线性编码器或光栅传感器7装于线性进给平台8上，激光位移传感器12、线性编码器或光栅传感器7与由放大器5、计数器6、放大器11、计算机等组成的常规信息处理系统连接；
(3)根据被测自由曲面的特征将自由曲面划分成一定间距的截面，然后对各个截面曲线进行测量，按被测自由曲面特征设计的路径规划，驱动X向和Y向精密移动的平台14沿Y向移动一个间距，得到一个截面曲线，然后驱动X向和Y向精密移动的平台沿X向移动一个间距，通过激光测头跟踪被测点的位置，控制伺服电机1的运动，保持激光位移传感器12始终在其测量范围的中心，由激光位移传感器12和光栅位移传感器或线性编码器7的输出得到自由曲面的Z坐标，由路径规划的X向和Y向精密移动的平台给出X、Y向坐标，得到被测自由曲面的三维坐标值。可作X向和Y向精密移动的平台14是三坐标测量机的X-Y平台或数控加工中心的工作台。
Claims (2)
1.一种实现大量程自由曲面的高精度测量方法，其特征是：包括下列步骤：
(1)将被测曲面置于可作X向和Y向精密移动的平台上；
(2)将激光位移传感器安装在与机床主轴平行的滚珠丝杆所驱动的线性进给平台上，组成Z向线性移动机构，伺服电机控制线性移动机构的位移，线性编码器或光栅传感器装于线性进给平台上，线性编码器或光栅传感器与信息处理系统连接，激光位移传感器与信息处理系统连接；
(3)根据被测自由曲面的特征将自由曲面划分成一定间距的截面，然后对各个截面曲线进行测量，按被测自由曲面特征设计的路径规划，驱动X向和Y向精密移动的平台沿Y向移动一个间距，得到一个截面曲线，然后驱动X向和Y向精密移动的平台沿X向移动一个间距，通过激光测头跟踪被测点的位置，控制伺服电机的运动，保持激光位移传感器激光测头与被测点的距离，始终在激光位移传感器测量范围的中心，由光栅传感器或线性编码器的输出和激光位移传感器的输出得到自由曲面的Z坐标，由路径规划的X向和Y向精密移动的平台给出X、Y向坐标，得到被测自由曲面的三维坐标值。
2.根据权利要求1所述的实现大量程自由曲面的高精度测量方法，其特征是：可作X向和Y向精密移动的平台是三坐标测量机的X-Y平台或数控加工中心的工作台。
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