CN109737876A - 一种激光与光学复合测头测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光与光学复合测头测量方法及装置。其中，一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立光学测量坐标系，复合测头获取多点位信息，该多点位信息包括一次获取的包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息，依据包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息进行测量数据的拟合和对比，建立工件坐标系，完成测量。本发明还提供了一种激光与光学复合测头测量装置，包括一三坐标机，设置在三坐标机上的侧头座，设置在侧头座底部的B角旋转部，与旋转部连接的光学镜头组件。
Description
技术领域
本发明提供了一种激光与光学的复合测头测量技术与结构，特别涉及复合测头的坐标系创建与扫描测量，尤其涉及一种激光与光学复合测头测量方法及装置。
背景技术
目前为应对市场对3D玻璃测量或其他需要非接触式测量的曲面时，大多采用点激光测头。
点激光测头扫描采点时，其最小取点间隔的局限性，导致在无明显棱角特征时单独使用点激光时很难创建坐标系，若使用夹具则不适应于高精度测量，若一定使用点激光寻边法采点则对被测件特征与设备都要求极高且花费大量时间。因此单纯使用点激光在测量方案、数据处理与适应性上有较大局限。并且其一般用于完成垂直于激光路径较小偏角特征的测量，当需要进行大偏角特征测量时，随着偏角增大测量精度会快速降低直至无法测量。此时为完成测量需增配第四轴转台，以四轴联动方式完成测量，进一步从程序处理及数据叠合上增大难度，且导致硬件成本大幅上升。
发明内容
本发明提供一种点激光与光学复合测头的测量技术，可通过该技术解决单一点激光测头的适应性问题，可快速方便的创建坐标系。并且同时解决大偏角测量时精度下降或无法测量的问题，解决需四轴联动测量的技术难点，新的技术方案可直接使用测量机三轴联动配合测头转角完成测量。
本发明采用的技术方案为：
一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立光学测量坐标系，复合测头获取多点位信息，该多点位信息包括一次获取的包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息，依据包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息进行测量数据的拟合和对比，建立工件坐标系，完成测量。
一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立点激光测量坐标系，通过三次寻边采点，获取从P1到P2再到P3单点位信息，依据获取的从P1到P2再到P3单点位信息通过点、线、面三个形式进行测量数据的拟合和比对，完成测量。
一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立复合侧头测量坐标系，分析测量特征，依据测量特征生成测量路径和程序，依据测量路径和程序生成测量机三轴运动路径以及生成调整激光路径补全测量区域，对测量数据进行拟合和对比，完成测量。
一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立点激光及转台运动测量坐标系，分析测量特征，依据测量特征生成测量路径和程序，依据测量路径和程序生成测量机三轴运动路径以及生成调整激光路径补全测量区域，对测量数据进行拟合和对比，完成测量。
进一步地，还包括复合测头的校正，其具体的步骤如下：调校激光侧头偏角，校准激光侧头，将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用，当旋转角相同时，两侧头分别测量标准球，对测量校准数据进行拟合和处理，完成复合侧头相对关系的校准。
进一步地，还包括复合测头的校正，其具体的步骤如下：调校光学镜头偏角，校准激光侧头，将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用，当旋转角相同时，两侧头分别测量标准球，对测量校准数据进行拟合和处理，完成复合侧头相对关系的校准。
进一步地，所述三次寻边采点包括一侧棱边采集1点位置信息P1；一侧棱边采集2点位置信息P2和P3；通过P1、P2和P3拟合生成基准面。
本发明还提供了一种激光与光学复合测头测量装置，包括一三坐标机，设置在三坐标机上的侧头座，设置在侧头座底部的B角旋转部，与旋转部连接的光学镜头组件，设置在光学镜头组件上的外挂安装座，设置在外挂安装座上的激光镜头组件，以及在外挂安装座上设置有微调机构，所述光学镜头组件包括与B角旋转部连接的A角旋转部，所述A角旋转部与转台固定，所述转台固定在光学镜头护罩内部设置的B角调整座上，B角调整座一端设置有调整架，该调整架上设置有工业相机，所述工业相机上设置有镜头模组，设置在镜头模组前端的顶部环光；所述微调机构包括A角调整座，设置在A角调整座底部的平行调整机构，设置在平行调整机构上的激光镜头组件，所述激光镜头组件包括设置在包括激光镜头护罩，设置在激光镜头护罩内部中心线上的光纤信号线，与光纤信号线同轴设置的激光镜头组，所述光学镜头组件轴线、激光镜头组件轴线与测头座轴线的平行。
进一步地，所述B角调整座上设置有B角调整螺丝；所述A角调整座上设置有A角调整螺丝，所述平行调整机构上设置有平行调整螺丝。
进一步地，所述三坐标机包括底座，设置在底座上的支架，设置在支架上的移动横梁，设置在移动横梁上的测量基座，所述侧头座设置在测量基座上。
本发明的有益效果为：
其复合测头系统可以直接安装于测头座下，并随测头座旋转而旋转，提供不同的视角与激光测量路径。
其提出了复合测头校准的技术方案，可将点激光测头、光学测头所测得数据进行后处理、拟合成相同坐标系下的点位信息。并且该方案可以扩充到不同的测头座转角。
其提出了利用光学测头创建坐标系，点激光测头进行扫描的技术方案，有效解决点激光无法创建坐标系和特定情况下创建坐标系时间耗时长，精度低的问题。
其提出了利用测头座可旋转特性，改善点激光测头测量大偏角特征精度下降或无法测量的问题。
其提出了分段叠合测量，通过数据拟合完成测量的方案，通过测头座旋转加测量机三轴联动有效替代传统点激光叠加转台的四轴联动测量技术方案。
说明书附图
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为大偏角待测件的标准测量流程图。
图2为复合测头校准及叠合原理图。
图3为复合测头与单一点激光测头创建坐标系流程对比图。
图4为复合测头与传统测头对相同工件完成测量的原理对比图。
图5为复合测头的一种有效结构形式及测头座旋转A/B角定义示意图。
图6为图5的微调机构结构放大及B角调整安装结构。
图7为传动点激光路径与复合测头激光路径对比示意图。
图8为测量装置的结构示意图。
图9A\9B\9C\9D为本发明的测试图。
具体实施例
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参照图1，以一种需要大偏角测量的特征零件为例，其测量流程均遵循测头校正、导入CAD模型、创建坐标系、分析并生成测量程序、分段测量、数据拟合、测量数据比对、完成测量的过程。
在整个测量过程中主要技术方案区别在于，两种测头的校准方式、创建坐标系方式、测量技术方案、选用配套的设备要求。其左侧所代表的单一点激光加转台方案需对点激光进行校准，采用点激光创建坐标系，配套转台采用四轴联动的测量技术方案执行。其右侧所示的复合测头方案需校准光学测头及点激光测头，采用光学测头创建坐标系，无需配套转台，通过测头座的旋转及测量机的三轴联动即可完成测量。
参照图2，当对复合测头进行校准时，需先分别校准光学测头及点激光测头，并进一步按需要将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用。通过数据拟合，将两个测头的所测得的数据进行比对、使用。
参照图3右侧，本发明提供了一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立光学测量坐标系，复合测头获取多点位信息，该多点位信息包括一次获取的包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息，依据包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息进行测量数据的拟合和对比，建立工件坐标系，完成测量。
在上述中，上述方法可以利用在复合式测头可通过光学测头一次获取从P1～Pn的大量点位信息，并进一步通过点+线+面的形式快速创建坐标系。
参照图3左侧，本发明提供了一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立点激光测量坐标系，通过三次寻边采点，获取从P1到P2再到P3单点位信息，依据获取的从P1到P2再到P3单点位信息通过点、线、面三个形式进行测量数据的拟合和比对，完成测量。所述三次寻边采点包括一侧棱边采集1点位置信息P1；一侧棱边采集2点位置信息P2和P3；通过P1、P2和P3拟合生成基准面。
在上述中，上述方法可以利用在单一点激光测头在特定情况下建立坐标系时，需通过三次长时间的寻边采点，获取P1/P2/P3点位信息，并通过P2/P3拟合线，P1/P2/P3拟合面，再进一步通过点+线+面的原理创建坐标系。
参照图4右侧，本发明提供了一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立复合侧头测量坐标系，分析测量特征，依据测量特征生成测量路径和程序，依据测量路径和程序生成测量机三轴运动路径以及生成调整激光路径补全测量区域，对测量数据进行拟合和对比，完成测量。
在上述中，上述方法可以利用在复合测头可通过测头座的A/B角旋转完成激光测量路径的调整，有效的解决了大偏角零件的测量问题，可通过测头座旋转配合测量机三轴联动完成测量。
参照图4左侧，本发明提供了一种激光与光学复合测头测量方法，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立点激光及转台运动测量坐标系，分析测量特征，依据测量特征生成测量路径和程序，依据测量路径和程序生成测量机三轴运动路径以及生成调整激光路径补全测量区域，对测量数据进行拟合和对比，完成测量。
在上述中，上述方法可以利用在单一点激光测头，因测量路径限制，无法完成大偏角特征零件测量，需要配套使用状态，通过四轴联动进行测量。根据所选特征生成测量路径、程序完成测量。
参照图5，为了完成以上测量技术方案，需对光学测量系统、点激光测量系统进行安装调校。详细的给出了光学系统及激光系统的构成，指明了外挂连接微调机构的位置。还包括复合测头的校正，其具体的步骤如下：调校激光侧头偏角，校准激光侧头，将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用，当旋转角相同时，两侧头分别测量标准球，对测量校准数据进行拟合和处理，完成复合侧头相对关系的校准。
如图9A\9B\9C\9D所示，单一点激光在使用过程中随着偏角增大，激光信号强度持续下降至不可用，但符合测头因可旋转角度，能保持激光强度保持在“信号衰减-可用”之上的强度范围。
其具体的步骤如下：调校光学镜头偏角，校准激光侧头，将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用，当旋转角相同时，两侧头分别测量标准球，对测量校准数据进行拟合和处理，完成复合侧头相对关系的校准。
参照图6至图8，本发明还提供了一种激光与光学复合测头测量装置，包括一三坐标机，设置在三坐标机上的侧头座，设置在侧头座底部的B角旋转部，与旋转部连接的光学镜头组件，设置在光学镜头组件上的外挂安装座，设置在外挂安装座上的激光镜头组件，以及在外挂安装座上设置有微调机构，所述光学镜头组件包括与B角旋转部连接的A角旋转部，所述A角旋转部与转台固定，所述转台固定在光学镜头护罩内部设置的B角调整座上，B角调整座一端设置有调整架，该调整架上设置有工业相机，所述工业相机上设置有镜头模组，设置在镜头模组前端的顶部环光；所述微调机构包括A角调整座，设置在A角调整座底部的平行调整机构，设置在平行调整机构上的激光镜头组件，所述激光镜头组件包括设置在包括激光镜头护罩，设置在激光镜头护罩内部中心线上的光纤信号线，与光纤信号线同轴设置的激光镜头组。
所述B角调整座上设置有B角调整螺丝；所述A角调整座上设置有A角调整螺丝，所述平行调整机构上设置有平行调整螺丝。
所述三坐标机包括底座，设置在底座上的支架，设置在支架上的移动横梁，设置在移动横梁上的测量基座，所述侧头座设置在测量基座上。
通过对A角调整座、平行调整机构、B角调整座进行调校，可有效保证光学镜头组件轴线、激光镜头组件轴线与测头座轴线的平行，满足后续测量及数据叠合要求。
以上对本发明实施例所公开的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立光学测量坐标系，复合测头获取多点位信息，该多点位信息包括一次获取的包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息，依据包含形状和位置特征的从P1～Pn大量点位信息进行测量数据的拟合和对比，建立工件坐标系，完成测量。
2.一种激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立点激光测量坐标系，通过三次寻边采点，获取从P1到P2再到P3单点位信息，依据获取的从P1到P2再到P3单点位信息通过点、线、面三个形式进行测量数据的拟合和比对，完成测量。
3.一种激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立复合侧头测量坐标系，分析测量特征，依据测量特征生成测量路径和程序，依据测量路径和程序生成测量机三轴运动路径以及生成调整激光路径补全测量区域，对测量数据进行拟合和对比，完成测量。
4.一种激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，当复合测头及测头座安装于三坐标机上后可通过其光学测量系统完成待测件的识别与特征测量，其具体步骤如下：导入CAD模型，选取测量特征，建立点激光及转台运动测量坐标系，分析测量特征，依据测量特征生成测量路径和程序，依据测量路径和程序生成测量机三轴运动路径以及生成调整激光路径补全测量区域，对测量数据进行拟合和对比，完成测量。
5.根据权利要求1激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，还包括复合测头的校正，其具体的步骤如下：调校激光侧头偏角，校准激光侧头，将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用，当旋转角相同时，两侧头分别测量标准球，对测量校准数据进行拟合和处理，完成复合侧头相对关系的校准。
6.根据权利要求3激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，还包括复合测头的校正，其具体的步骤如下：调校光学镜头偏角，校准激光侧头，将测头座旋转至不同A/B角度进行标定待用，当旋转角相同时，两侧头分别测量标准球，对测量校准数据进行拟合和处理，完成复合侧头相对关系的校准。
7.根据权利要求2激光与光学复合测头测量方法，其特征在于，所述三次寻边采点包括一侧棱边采集1点位置信息P1；一侧棱边采集2点位置信息P2和P3；通过P1、P2和P3拟合生成基准面。
8.一种激光与光学复合测头测量装置，其特征在于，包括一三坐标机，设置在三坐标机上的侧头座，设置在侧头座底部的B角旋转部，与旋转部连接的光学镜头组件，设置在光学镜头组件上的外挂安装座，设置在外挂安装座上的激光镜头组件，以及在外挂安装座上设置有微调机构，所述光学镜头组件包括与B角旋转部连接的A角旋转部，所述A角旋转部与转台固定，所述转台固定在光学镜头护罩内部设置的B角调整座上，B角调整座一端设置有调整架，该调整架上设置有工业相机，所述工业相机上设置有镜头模组，设置在镜头模组前端的顶部环光；所述微调机构包括A角调整座，设置在A角调整座底部的平行调整机构，设置在平行调整机构上的激光镜头组件，所述激光镜头组件包括设置在包括激光镜头护罩，设置在激光镜头护罩内部中心线上的光纤信号线，与光纤信号线同轴设置的激光镜头组，所述光学镜头组件轴线、激光镜头组件轴线与测头座轴线的平行。
9.根据权利要求8所述的激光与光学复合测头测量装置，其特征在于，所述B角调整座上设置有B角调整螺丝；所述A角调整座上设置有A角调整螺丝，所述平行调整机构上设置有平行调整螺丝。
10.根据权利要求8所述的激光与光学复合测头测量装置，其特征在于，所述三坐标机包括底座，设置在底座上的支架，设置在支架上的移动横梁，设置在移动横梁上的测量基座，所述侧头座设置在测量基座上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110146014A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-20 | 浙江机电职业技术学院 | 一种测量内圆孔数据的测头结构与测量方法 |
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2019
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110146014A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-20 | 浙江机电职业技术学院 | 一种测量内圆孔数据的测头结构与测量方法 |
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