CN105043324A - 旋转测头、测量机及旋转测头的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转测头及设有该旋转测头的测量机，旋转测头包括测头本体、带动测头本体转动的测头座，测头座设有至少一个回转轴，测头本体包括宝石球头，宝石球头的球心位于回转轴轴线上。还包括用于检测宝石球头的球心坐标是否位于测头座的回转轴轴线上的视觉辅助装置，所述视觉辅助装置包括摄像机、背光板，所述背光板设置于宝石球头的一侧，背光板的板面与待测回转轴轴线垂直，摄像机与背光板相对设置。本发明还公开了一种实现该旋转测头的方法。本发明实现每次转位无须重新标定，从而可实现连续测量，同时对测头座中的电机精度要求不高，也降低了有效行程的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种旋转测头和设有该旋转测头的测量机，以及该旋转测头的实现方法。
背景技术
随着工业的发展和科技的进步，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，测头需要不断转换空间位置来完成采样点的扫描。实际应用中，常常利用坐标测量机来获取测头的空间位置，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。
目前市场上应用较多的是英国雷尼绍公司设计的PH10测头座，利用该测头座实现三坐标测量机测头本体转位，但是该测头座采用电机驱动的双轴分度系统，角度最小分度值为7.5°。即便是如此技术先进的测头座，在产品出厂时，雷尼绍公司也只保证测头座在正常工作条件下回转定位的重复性精度，并没有给出回转角度误差的大小。实际上，这一误差是很大的，甚至在使用时，根本不能用其回转角度示值统一测头的坐标。现有技术中，测头座带动测头本体的每一次转位都必须用标准球标定一次测头，要花费大量的测量时间，也不能实现连续的测量。为了提高回转角度的精度，降低回转角度的误差，对测头座中的电机精度要求比较高。
同时，现有技术中的旋转测头，宝石球头通过侧杆安装于测头座上，侧杆的长度对行程造成了浪费，以测量一200mm的工件为例，可能需要测头的有效行程在400mm才能达到，造成了成本的增加。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种旋转测头和设有该旋转测头的测量机，还提供一种该旋转测头的实现方法，每次转位无须重新标定，可实现连续测量，对测头座中的电机精度要求不高，同时降低了有效行程的浪费。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种旋转测头，包括测头本体、带动测头本体转动的测头座，测头座设有至少一个回转轴，测头本体包括宝石球头，与现有技术的区别在于，所述宝石球头的球心位于回转轴轴线上。
本技术方案中宝石球头的球心位于测头座的回转轴轴线上，宝石球头转位过程中，不论转位角度为多少，球头球心都一直位于回转轴轴线上，球心与回转轴轴线的相对位置不变，不受转位角度的影响。因此无需每次转位都重新标定，从而可实现连续测量。
同时，对测头座中电机即驱动测头本体转位一定角度的电机的精度要求有所降低，不敏感。球心调节至回转轴轴线上之后，不论如何转位角度是否准确，球心都在轴心上。因为是球绕球心旋转，不论如何转，都相当于球的形状相对于自己没有发生包络空间的位置变化。这时候电机转动的角度即使和理论要转的角度之间有点差异，得到的球心的位置都没有变化。而角度差异产生的误差由于是作为避让测量过程中遇到的干涉物体，本身在计算上都考虑了足够的余量，所以即使有点误差只要不超过一定临界范围，都不影响整个测量过程。综合所述，把球心调节到回转轴轴线上之后，对电机精度不敏感了，就可以用一些低精度电机来实现，降低了成本。
同时，本技术方案将宝石球头的球头球心移到回转轴轴线上，也减少了有效行程的浪费。
为了精确判断宝石球头的球心是否位于测头座的回转轴轴线上，还包括用于检测宝石球头的球心是否位于回转轴轴线上的视觉辅助装置，所述视觉辅助装置包括摄像机、背光板，所述背光板设置于宝石球头的一侧，背光板的板面与待测回转轴轴线垂直，摄像机与背光板相对设置。该结构并不一直安装在测头或测量机上，需要判断球心是否位于回转轴轴线上时，安装上去即可，拆装方便。检测不同的回转轴时，只要把该结构安装在待测回转轴的相应位置上即可。
如上所述的旋转测头，所述摄像机为工业相机。
如上所述的旋转测头，为了便于调整宝石球头的球心到回转轴轴线上，所述测头本体通过连续调节机构固定于测头座，所述连续调节机构用于调节测头本体在测头座上的位置从而调节宝石球头球心与测头座回转轴的相对位置。
如上所述的旋转测头，所述连续调节机构包括直线滑台。
如上所述的旋转测头，所述直线滑台为细牙螺纹滚珠丝杠，方便精确调节球心位置。
一种设有上述任一技术方案所述的旋转测头的测量机。
一种实现上述任一技术方案所述的旋转测头的方法，将测头本体相对测头座移动，直至宝石球头的球心位于测头座的回转轴轴线上。
该方法还包括在测头本体移动过程中检测宝石球头的球心是否位于测头座的回转轴轴线上的步骤。
所述检测宝石球头的球心是否位于测头座的回转轴轴线上的方法包括：测头座带动测头本体转动，利用摄像机观察宝石球头在背光板上的影像在摆动过程中的轨迹，判断球头影像的轨迹是否发生跳动，若球头影像的轨迹不发生跳动，宝石球头的球心位于测头座的回转轴轴线上，反之，宝石球头的球心不位于测头座的回转轴轴线上。
本发明能够产生的有益效果：本发明将球心设置到回转轴轴线上，使得无须测头每次转位都进行重新标定，可实现连续测量，同时对测头座中的电机精度不敏感，该改进还使测头的有效行程得到了充分的应用，降低了成本。
附图说明
附图1为设有旋转测头的测量机的结构示意图；
附图2为转位过程中摄像机镜头下的宝石球头的轨迹示意图；
附图3为转位过程中摄像机镜头下的宝石球头的轨迹示意图；
附图4为转位过程中摄像机镜头下的宝石球头的轨迹示意图；
附图5为现有技术中测量200mm工件所需的旋转测头有效行程示意图；
附图6为本实施例中测量200mm工件所需的旋转测头有效行程示意图。
其中：1、三坐标测量机；2、测头座；3、连续调节机构；4、测头本体；5、宝石球头；6、回转轴轴线；7、摄像机；8、工件；9、背光板；10、回转轴轴心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
结合图1～6说明本实施方式。如图1所示，为一种带有旋转测头的三坐标测量机1。本实施例公开了一种旋转测头和一种设有该旋转测头的测量机，该旋转测头如图1所示，安装在三坐标测量机1上，包括测头本体4、带动测头本体4转动的测头座2，测头座2设有至少一个回转轴，测头本体4包括宝石球头5，宝石球头5的球心位于回转轴轴线6上。测头座2中的电机带动测头本体4进行转位，为了实现该转位，测头座2设有一个或两个回转轴。当回转轴为一个时，该回转轴可以为A轴或B轴或C轴，宝石球头的球心位于该回转轴轴线上。当回转轴为两个时，这两个回转轴可以构成CA或CB或AB或BA，宝石球头的球心位于这两个回转轴轴线交点上。图1所示的旋转测头，测头座设有一个回转轴B轴。
该旋转测头还设有用于检测宝石球头5的球心坐标是否位于测头座2的回转轴轴线6上的视觉辅助装置。该视觉辅助装置包括摄像机7、背光板9，背光板9设置于宝石球头5的一侧，背光板9的板面与待测的回转轴轴线6垂直，摄像机7与背光板9相对设置。摄像机7为工业相机。测头本体4通过连续调节机构3固定于测头座2，测头本体4通过夹持件夹持在连续调节机构3上，连续调节机构3用于调节测头本体4在测头座2上的位置从而调节宝石球头球心与测头座回转轴的相对位置。连续调节机构3包括直线滑台。直线滑台为细牙螺纹滚珠丝杠。
本实施例还公开一种实现上述旋转测头的方法，将测头本体5相对测头座2移动，直至宝石球头5的球心位于测头座2的回转轴轴线6上。该方法还包括在测头本体移动过程中检测宝石球头5的球心是否位于测头座2的回转轴轴线6上的步骤。
其中，检测宝石球头5的球心是否位于测头座2的回转轴轴线6上的方法包括：测头座2带动测头本体转动，利用摄像机7观察宝石球头5在背光板9上的影像在摆动过程中的轨迹，判断球头影像的轨迹是否发生跳动，由于宝石球头5是由测头座2带动绕球心进行旋转，若球头影像的轨迹不发生跳动，宝石球头5的球心位于测头座2的回转轴轴线6上，反之，宝石球头5的球心不位于测头座2的回转轴轴线6上。图2、3、4分别展示了转位过程中三种摄像机镜头下的宝石球头10的轨迹。图2中，转位过程中，三个转位处的宝石球头10影像完全重合，宝石球头10影像的轨迹没有发生任何跳动，此时，球心位于回转轴轴线6上。图3和4中，转位过程中，三个转位处的宝石球头10影像并未完全重合，宝石球头10影像的轨迹发生了细微的跳动，此时球心并不位于回转轴轴线6上，需要重新调整宝石球头10的位置并再次判断。
本发明的宝石球头5球心移动到了测头座2的回转轴轴线6上，有效行程得到了充分的利用。以测量一200mm工件为例，图5为现有技术中的旋转测头测量200mm工件8所需的行程示意图，假设宝石球头5球头到回转轴轴心6的距离为195mm，测量200mm的工件8大约需要400mm的测头有效行程才能实现。而利用本发明的旋转测头，测量200mm的工件，宝石球头5球心与回转轴轴心(图6中由于轴心与球心重合，未标示)重合，仅需200mm的测头有效行程即可实现，行程得到了充分的利用。同时，本领域技术人员都知道，行程与成本的比例并非简单的一比一，浪费本身一半的行程，会将成本提高三到四倍。因此采用本发明，大大降低了成本。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种旋转测头，包括测头本体、带动测头本体转动的测头座，测头座设有至少一个回转轴，测头本体包括宝石球头，其特征在于：所述宝石球头的球心位于回转轴轴线上。
2.根据权利要求1所述的旋转测头，其特征在于：还包括用于检测宝石球头的球心是否位于回转轴轴线上的视觉辅助装置，所述视觉辅助装置包括摄像机、背光板，所述背光板设置于宝石球头的一侧，背光板的板面与待测回转轴轴线垂直，摄像机与背光板相对设置。
3.根据权利要求1所述的旋转测头，其特征在于：所述摄像机为工业相机。
4.根据权利要求1所述的旋转测头，其特征在于：所述测头本体通过连续调节机构固定于测头座，所述连续调节机构用于调节测头本体在测头座上的位置从而调节宝石球头球心与测头座回转轴的相对位置。
5.根据权利要求4所述的旋转测头，其特征在于：所述连续调节机构包括直线滑台。
6.根据权利要求5所述的旋转测头，其特征在于：所述直线滑台为细牙螺纹滚珠丝杠。
7.一种设有权利要求1～6所述的旋转测头的测量机。
8.一种实现权利要求1～6任一所述旋转测头的方法，其特征在于：将测头本体相对测头座移动，直至宝石球头的球心位于测头座的回转轴轴线上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括在测头本体移动过程中检测宝石球头的球心是否位于测头座的回转轴轴线上的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述检测宝石球头的球心是否位于测头座的回转轴轴线上的方法包括，
测头座带动测头本体转动，利用摄像机观察宝石球头在背光板上的影像在摆动过程中的轨迹，判断球头影像的轨迹是否发生跳动，若球头影像的轨迹不发生跳动，宝石球头的球心位于测头座的回转轴轴线上，反之，宝石球头的球心不位于测头座的回转轴轴线上。
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