CN102654395A - 一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法，包括：调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与垂直微位移工作台的工作面相接触，确定垂直微位移工作台在垂直方向上运动的距离以及采样间距，通过计算机和控制箱后发出信号来带动轮廓仪传感器的触针运动，垂直微位移工作台上的激光测距仪分别根据信号测量垂直微位移工作台在垂直方向上相对于初始位置的位移量，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值，将两组数据以一一对应的方式保存在垂直方向的误差查找表中。本发明使用简单、效率高、成本低、精度高、适用范围广，并能对触针式轮廓仪传感器的全量程误差进行补偿。

Description

一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法

技术领域

本发明属于高精度传感器领域，更具体地，涉及一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，各种各样的复杂零件的不断出现，对零件表面轮廓的测量，特别是大范围、高精度的测量需求也越来越迫切。根据测量原理的不同，一般可以将表面轮廓的测量仪分为两类：触针式轮廓测量仪和非触针式轮廓测量仪。由于触针式轮廓测量仪测量重复性好，测量范围大，测量结果稳定可靠以及测量精度较高，因此一直作为一种最基本而且被广泛使用的表面轮廓检测方法。然而，当触针式轮廓仪在进行轮廓测量时，测针会围绕固定支点转动，所以当测量范围越大时，测杆转动的角度也越大，最终将导致测量结果产生较大的误差。

目前主要有专利200610200069.4所公布的零位跟踪的工作台，但由于在每次测量时工作台都要回到零位，所以测量速度较慢，而且整个测量工作台阿贝误差较大；此外，英国Rank Taylor Hobson研制的Form Talysurf PGI则采用标准球冠进行校正，但当所要测量范围较大时，球冠也要求较大，所以成本较高，而且算法比较复杂。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法，其使用简单、效率高、成本低、精度高、适用范围广，并能对触针式轮廓仪传感器的全量程误差进行补偿。

为实现上述目的，本发明提供了一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法，包括以下步骤：

(1)调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与垂直微位移工作台的工作面相接触；

(2)确定垂直微位移工作台在垂直方向上运动的距离Y以及采样间距y；

(3)通过计算机和控制箱后发出信号1、2、...、n来控制垂直微位移工作台的电机转动，电机带动垂直微位移工作台上下运动，从而带动轮廓仪传感器的触针运动，其中n＝Y/y；

(4)垂直微位移工作台上的激光测距仪分别根据信号1、2、...、n测量垂直微位移工作台在垂直方向上相对于初始位置的位移量y₁、...、y_n，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号1、2、...、n测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值y₁’、...、y_n’；

(5)将两组数据y₁、y₂......y_n以及y₁’、y₂’......y_n’以一一对应的方式保存在垂直方向的误差查找表中；

(6)取下垂直微位移工作台，并将楔形斜块放置在水平工作台上；

(7)调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与楔形斜块的斜面相接触；

(8)确定水平工作台在水平方向上运动的距离X以及采样间距x；

(9)通过计算机和控制箱后发出信号1’、2’、...、n’来控制水平工作台的电机转动，电机带动水平工作台水平运动，从而带动楔形斜块和传感器的触针运动，其中n’＝X/x；

(10)水平工作台上的激光测距仪分别根据信号1’、2’、...、n’测量水平工作台在水平方向上相对于初始位置的位移量X₁’、...、X_n’，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号1’、2’、...、n’测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值A₁’、...、A_n’；

(11)判断A₁’是否和步骤(4)中得到的位移值y₁’、y₂’......y_n’中的一个数值y_i’相等，若相等，则将A₁更新为y_i’在垂直方向的误差查找表中对应的y_i，若不相等，则进一步确定A₁’位于y₁’、y₂’......y_n’中哪两个相邻的数值之间，若y_j’＜A₁’＜y_j+1’，则将A₁更新为y_j+1’在垂直方向的误差查找表中对应的y_j+1；

(12)对于剩下的A₂’、...、A_n’，重复上述步骤(11)，直到全部位移值均已被更新为在垂直方向的误差查找表中对应的位移值为止。

(13)利用公式x_n’＝A_n’×b计算触针在水平方向上的实际移动量x₁’、...、x_n’，其中b为楔形斜块的长高比；

(14)将两组数据x₁、x₂......x_n和x₁’、x₂’......x_n’以一一对应的方式保存在水平方向的误差查找表中。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，具有以下的有益效果：

1、本发明通过使用垂直微位移工作台以及楔形斜块，可以实现对触针式轮廓仪传感器进行高精度、全量程、逐点的误差补偿；

2、由于垂直微位移工作台通过计算机直接控制和计数，所以测量速度快、效率高；

3、本发明使用楔形斜块代替标准球冠，所以成本低，而且算法简单，容易实现；

4、本方法可以对电感式、激光干涉式、光栅式等各种原理的触针式轮廓仪传感器进行误差校正，所以使用范围很广。

附图说明

图1是本发明触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由于接触式轮廓仪传感器在水平和竖直方向上均存在非线性误差，所以需要对两个方向上的非线性误差分别进行补偿。

如图1所示，本发明触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法包括以下步骤：

(1)调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与垂直微位移工作台的工作面相接触；

(2)确定垂直微位移工作台在垂直方向上运动的距离Y以及采样间距y；

(3)通过计算机和控制箱后发出信号1、2、...、n来控制垂直微位移工作台的电机转动，电机带动垂直微位移工作台上下运动，从而带动轮廓仪传感器的触针运动，其中n＝Y/y；

(4)垂直微位移工作台上的激光测距仪分别根据信号1、2、...、n测量垂直微位移工作台在垂直方向上相对于初始位置的位移量y₁、...、y_n，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号1、2、...、n测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值y₁’、...、y_n’；

(5)将两组数据y₁、y₂......y_n以及y₁’、y₂’......y_n’以一一对应的方式保存在垂直方向的误差查找表中；

(6)取下垂直微位移工作台，并将楔形斜块放置在水平工作台上；

(7)调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与楔形斜块的斜面相接触；

(8)确定水平工作台在水平方向上运动的距离X以及采样间距x；

(9)通过计算机和控制箱后发出信号1’、2’、...、n’来控制水平工作台的电机转动，电机带动水平工作台水平运动，从而带动楔形斜块和传感器的触针运动，其中n’＝X/x；

(10)水平工作台上的激光测距仪分别根据信号1’、2’、...、n’测量水平工作台在水平方向上相对于初始位置的位移量X₁’、...、X_n’，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号1’、2’、...、n’测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值A₁’、...、A_n’；

(11)判断A₁’是否和步骤(4)中得到的位移值y₁’、y₂’......y_n’中的一个数值y_i’相等，若相等，则将A₁’更新为y_i’在垂直方向的误差查找表中对应的y_i，若不相等，则进一步确定A₁’位于y₁’、y₂’......y_n’中哪两个相邻的数值之间，若y_j’＜A₁’＜y_j+1’，则将A₁更新为y_j+1’在垂直方向的误差查找表中对应的y_j+1；

(12)对于剩下的A₂’、...、A_n’，重复上述步骤(11)，直到全部位移值均已被更新为在垂直方向的误差查找表中对应的位移值为止。

(13)利用公式x_n’＝A_n’×b计算触针在水平方向上的实际移动量x₁’、...、x_n’，其中b为楔形斜块的长高比；

(14)将两组数据x₁、x₂......x_n和x₁’、x₂’......x_n’以一一对应的方式保存在水平方向的误差查找表中。

应用示例

在建立了垂直方向和水平方向的误差查找表后，在测量时，将被测工件放置在水平工作台上，调整轮廓仪传感器的位置，使得传感器的触针与被测工作表面相接触。确定水平工作台的移动距离以及采样间隔后，通过计算机和控制箱发出信号，驱动水平工作台运动。被测工件随着水平工作台一起运动，传感器触针随着被测工件的轮廓上下起伏运动。计算机每发出一个信号，分别记录下水平工作台的移动值a₁、a₂......a_n以及触针在垂直方向的位移值b₁、b₂......b₃。

判断a₁是否与步骤(14)中得到的水平方向查找表中x₁、x₂......x_n中的一个数值x_i相等，若相等，则将a₁更新为x_i在垂直方向的误差查找表中对应的x_i’，若不相等，则进一步确定a₁位于x₁、x₂......x_n中哪两个相邻的数值之间，若x_j＜a₁＜x_j+1，则将a₁更新为x_j+1在垂直方向的误差查找表中对应的x_j+1’；对于剩下的a₂......a_n，重复以上过程，直到全部水平方向位移值均已被更新为在水平方向的误差查找表中对应的位移值为止。

再判断b₁是否与步骤(5)中得到的垂直方向查找表中y₁’、y₂’......y_n’中的一个数值y_i’相等，若相等，则将b₁更新为y_i’在垂直方向的误差查找表中对应的y_i，若不相等，则进一步确定b₁位于y₁’、y₂’......y_n’中哪两个相邻的数值之间，若y_j’＜b₁＜y_j+1’，则将b₁更新为y_j+1’在垂直方向的误差查找表中对应的y_j+1；对于剩下的b₂......b_n，重复以上过程，直到全部垂直方向位移值均已被更新为在垂直方向的误差查找表中对应的位移值为止。

这样就可以将水平方向和垂直方向上的非线性误差进行补偿，从而得到准确的水平方向和垂直方向的位移值。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种触针式轮廓仪传感器非线性误差的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与垂直微位移工作台的工作面相接触；

(2)确定垂直微位移工作台在垂直方向上运动的距离Y以及采样间距y；

(3)通过计算机和控制箱后发出信号1、2、...、n来控制垂直微位移工作台的电机转动，电机带动垂直微位移工作台上下运动，从而带动轮廓仪传感器的触针运动，其中n＝Y/y；

(4)垂直微位移工作台上的激光测距仪分别根据信号1、2、...、n测量垂直微位移工作台在垂直方向上相对于初始位置的位移量y₁、...、y_n，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号1、2、...、n测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值y₁’、...、y_n’；

(5)将两组数据y₁、y₂......y_n以及y₁’、y₂’......y_n’以一一对应的方式保存在垂直方向的误差查找表中；

(6)取下垂直微位移工作台，并将楔形斜块放置在水平工作台上；

(7)调整轮廓仪传感器的位置，使其触针与楔形斜块的斜面相接触；

(8)确定水平工作台在水平方向上运动的距离X以及采样间距x；

(9)通过计算机和控制箱后发出信号1’、2’、...、n’来控制水平工作台的电机转动，电机带动水平工作台水平运动，从而带动楔形斜块和传感器的触针运动，其中n’＝X/x；

(10)水平工作台上的激光测距仪分别根据信号1’、2’、...、n’测量水平工作台在水平方向上相对于初始位置的位移量X₁’、...、X_n’，同时轮廓仪传感器的计量系统分别根据信号1’、2’、...、n’测量轮廓仪传感器的触针在垂直方向上相对于初始位置的位移值A₁’、...、A_n’；

(11)判断A₁是否和步骤(4)中得到的位移值y₁’、y₂’......y_n’中的一个数值y_i’相等，若相等，则将A₁’更新为y_i’在垂直方向的误差查找表中对应的y_i，若不相等，则进一步确定A₁位于y₁’、y₂’......y_n’中哪两个相邻的数值之间，若y_j’＜A₁’＜y_j+1’，则将A₁更新为y_j+1’在垂直方向的误差查找表中对应的y_j+1；

(12)对于剩下的A₂’、...、A_n’，重复上述步骤(11)，直到全部位移值均已被更新为在垂直方向的误差查找表中对应的位移值为止。

(13)利用公式x_n’＝A_n’×b计算触针在水平方向上的实际移动量x₁、...、x_n’，其中b为楔形斜块的长高比；

(14)将两组数据x₁、x₂......x_n和x₁’、x₂’......x_n’以一一对应的方式保存在水平方向的误差查找表中。

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