CN107144219A - 一种共聚焦激光测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共聚焦激光测量方法，光束沿着球头接触面半径从内向外、按照不同半径的同心圆等步长测量，获得一组数据：（x,y,depth），画出三维模拟图。本发明的有益效果是：利用共聚焦点模拟测量球头形状，采用球面等高线分层扫描的方式，形成与标准测量球头一致的形状对工件表面测量，形成与标准测量球头完全一致的测量接触面，其测量方法能够应用于非光滑表面，并在基准溯源的标准下实现测量数据的一致。

Description

一种共聚焦激光测量方法

技术领域

本发明涉及共聚焦激光测量技术领域，特别是一种共聚焦激光测量方法。

背景技术

现有共聚焦技术仅能应用于光滑表面，而在非光滑表面应用时测量数据在与溯源基准静态比较时数据不等，因此，带来基准溯源误差。其主要原因是非光滑表面的粗糙度的影响，光斑直径太小，而基准球头较大，在表面不光滑的情况下，两者数据形成差异。传统探针是一个球头，通常0.5-3mm不等，在测量时接触面远远大于共聚焦光点，在非光滑表面的测量时，由于球头接触的点为表面峰值的集合，共聚焦测量光点在U级，常常测量时会在表面的峰值和谷底。在两种测量对比时，产生误差。因此，在以球头探针计量溯源时无法同一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够应用于非光滑表面并在基准溯源的标准下实现测量数据的一致共聚焦激光测量方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种共聚焦激光测量方法，光束沿着球头接触面半径从内向外、按照不同半径的同心圆等步长测量，获得一组数据：(x,y,depth)，画出三维模拟图。

进一步的，所述的光束沿着球头接触面半径从内向外，按照不同半径的同心圆等步长测量，获得一组数据：(x,y,depth)的具体操作步骤为：

S1、设同心圆半径r的值域范围为[0,r]，原点坐标(x,y)设为(0，0)，采样步长为step；

S2、计算所有的采样半径列表radius；

S3、添加原点至采样列表Pos；

S4、循环每个采样半径：

计算采样步数：steps，

计算旋转角度：curve，

生成采样偏转角度列表s，

计算该半径下所有采样点坐标集合(x，y)＝(r*sin(s),r*cos(s))，

将(x,y)添加至Pos；

按照半径步长a，圆周步长b，进行采样测量值(depth)，采样点的值使用正态分布模拟生成；

S5、基于以上采样数据再概率密度估计：

基于采样数据集(depth)，数据集大小为n，使用Parzen窗法生成depth的概率密度分布函数。

设depth＝{d₁，d₂，...，d_n},Parzen窗概率密度估计方法如下：

窗宽度选择为h_n,以值x为中心，窗中包含的样本个数为：

估计的概率密度函数为：

其中核函数采用高斯核：

使用步骤S5中方法模拟生成测量数据。

本发明具有以下优点：

本发明利用共聚焦点模拟测量球头形状，采用球面等高线分层扫描的方式，形成与标准测量球头一致的形状对工件表面测量，形成与标准测量球头完全一致的测量接触面，其测量方法能够应用于非光滑表面，并在基准溯源的标准下实现测量数据的一致。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

一种共聚焦激光测量方法，光束沿着球头接触面半径从内向外、按照不同半径的同心圆等步长测量，如图1所示，获得一组数据：(x,y,depth)，画出三维模拟图。

进一步的，所述的光束沿着球头接触面半径从内向外，按照不同半径的同心圆等步长测量，获得一组数据：(x,y,depth)的具体操作步骤为：

S1、设同心圆半径r的值域范围为[0,r]，原点坐标(x,y)设为(0，0)，采样步长为step；

S2、计算所有的采样半径列表radius；

S3、添加原点至采样列表Pos；

S4、循环每个采样半径：

计算采样步数：steps，

计算旋转角度：curve，

生成采样偏转角度列表s，

计算该半径下所有采样点坐标集合(x，y)＝(r*sin(s),r*cos(s))，

将(x,y)添加至Pos；

按照半径步长a，圆周步长b，进行采样测量值(depth)，采样点的值使用正态分布模拟生成；

S5、基于以上采样数据再概率密度估计：

基于采样数据集(depth)，数据集大小为n，使用Parzen窗法生成depth的概率密度分布函数。

设depth＝{d₁，d₂，...，d_n},Parzen窗概率密度估计方法如下：

窗宽度选择为h_n,以值x为中心，窗中包含的样本个数为：

估计的概率密度函数为：

其中核函数通常采用高斯核：

使用步骤S5中方法模拟生成测量数据。

在测量圆柱齿轮单参数偏差的公差时，传统的齿轮测量中心采用球头式探针对表面进行接触式测量，由于球头式探针的直径一般都大于1mm以上，而本发明的共聚焦测量(传统的只能用在光滑表面和镜面)是一束光斑照射在被测物体表面，光斑直径一般在u级，它具有非接触测量，测量速度快等优点。本测量实例的共聚焦光斑为8u。因此，在测量齿轮表面时，由于金属加工表面微观的不平，传统测头接触的被测面远远大于共聚焦的光斑，接触面往往是被测面的一组高点，而共聚焦测量由于测点小，测量点有时是低点或高点。

Claims (2)

1.一种共聚焦激光测量方法，其特征在于：光束沿着球头接触面半径从内向外、按照不同半径的同心圆等步长测量，获得一组数据：(x,y,depth)，画出三维模拟图。

2.根据权利要求1所述的一种共聚焦激光测量方法，其特征在于：所述的光束沿着球头接触面半径从内向外，按照不同半径的同心圆等步长测量，获得一组数据：(x,y,depth)的具体操作步骤为：

S1、设同心圆半径r的值域范围为[0,r]，原点坐标(x,y)设为(0，0)，采样步长为step；

S2、计算所有的采样半径列表radius；

S3、添加原点至采样列表Pos；

S4、循环每个采样半径：

计算采样步数：steps，

计算旋转角度：curve，

生成采样偏转角度列表s，

计算该半径下所有采样点坐标集合(x，y)＝(r*sin(s),r*cos(s))，

将(x,y)添加至Pos；

按照半径步长a，圆周步长b，进行采样测量值(depth)，采样点的值使用正态分布模拟生成；

S5、基于以上采样数据再概率密度估计：

基于采样数据集(depth)，数据集大小为n，使用Parzen窗法生成depth的概率密度分布函数；

设depth＝{d₁，d₂，...，d_n},Parzen窗概率密度估计方法如下：

窗宽度选择为h_n,以值x为中心，窗中包含的样本个数为：

估计的概率密度函数为：

其中核函数采用高斯核：

模拟生成测量数据。