CN111457838B - 一种3d曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，所述方法包含以下步骤：步骤1：测头调心方法；步骤1.1：光学测头旋转中心与标准球同心调节方法；步骤1.2：光学测头竖直方向过标准球顶点调节方法；步骤1.3光学测头旋转半径的确定方法；步骤2：光学测头。本发明坐标系融合简单，减少了转轴半径不统一引入的误差；非接触式测量；扫描效率高。

Description

一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法
技术领域
本发明涉及工业测量领域，尤其涉及透明曲面玻璃轮廓度、平面度及二维尺寸、丝印位置等全参数测量过程中的多传感器坐标系位置融合标定方法。
背景技术
目前市场上针对透明曲面玻璃的全参数检测方式大部分都是采用三坐标加工件旋转传感器进行测量，主要缺点是效率低，旋转半径大，而且不方便进行丝印位置测量；
目前的技术方案：
三坐标加非接触式测头以及影像功能，工件装夹在旋转台上，主要缺点是工件坐标系在旋转，很难和仪器X、Y、Z坐标系统一；而且工件长短不一样时旋转半径不一所引入的测量误差较大；
现有技术方案的缺点：
三坐标测量或者接触式测头效率低，测量时按照程序设计的点位进行寻点扫描测量，扫描效率低；
接触式测量，可能导致产品表面损伤(材质偏软的产品，接触式测量容易在表面产生划痕)；
目前的测量方式的测头融合很难将测头中心、工件旋转中心及二维影像坐标系校准融合；
发明内容
为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，所述方法包含以下步骤：
步骤1：测头调心方法；
步骤1.1：光学测头旋转中心与标准球同心调节方法；
所述的光学测头旋转中心与标准球同心调节方法，通过光学测头旋转时找到角度0和+θ及-θ三个位置的L值，L指光学测头反馈的高度值，指的是光学测头的理论聚焦起始点到照射工件表面聚焦点的距离；标定原理就是当光学测头照射到标准球表面聚焦并旋转到任意角度时在光学测头读取到的L值都一样，则说明此光学测头旋转中心与标准球同心；
步骤1.2：光学测头竖直方向过标准球顶点调节方法；
所述的光学测头竖直方向过标准球顶点的调节方法，光学测头聚焦的中间轴线与标准球左右移动平台的移动面垂直的方向称之为竖直方向，标准球距离标准球移动平台平面最大的点位置称之为顶点，当光学测头旋转中心与标准球同心调节完毕后，将光学测头的初始角度调节到0度，光学测头旋转轴上的位置传感器反馈的0角度位置称为0度，通过光学测头在平移左右相同位置时得到L0左右相同距离位置的L(+A)及L(-A)，当L(+A)≠L(-A)时，通过调节光学测头旋转工装使得L(+A)＝L(-A)，完成后再重复检查光学测头旋转中心与标准球的同心度；直到光学测头旋转中心与标准球的同心且L(+A)＝L(-A)，此时代表光学测头竖直且穿过光学测头旋转中心；
步骤1.3光学测头旋转半径的确定方法；
所述的光学测头旋转半径的确定方法，由以上步骤1.1和步骤1.2调节完成后，检查到光学测头零位到标准球的读数值L加上标准球的半径r，即为光学测头旋转半径R；
步骤2：光学测头；光学测头采用标准球定位中心与影像中心的坐标系融合方法；由步骤1.1和步骤1.2找到的光学测头旋转中心且竖直过中心，此时的标准球所处的坐标为(X1,Y1)；而当标准球放置在影像系统下找到标准球与影像系统的中心零位对准时，标准球所处的坐标为(X2,Y2)，因此光学测头与影像中心坐标差值为两处坐标点的差值。
作为本发明的进一步改进，步骤1.1中，要保证光学测头旋转中心与标准球同心，需要调节标准球的高度，通过使用调心球升降调节台中的调节转轮、升降螺杆、升降导轨来调节标准球的高度。
作为本发明的进一步改进，步骤1.2中，光学测头旋转工装的调节方法：使用光学测头微调上调节旋钮及光学测头微调下调节旋钮顺逆时针微调，使得光学测头发生细微位置的旋转。
作为本发明的进一步改进，所述标准球为球体或圆柱体。
本发明的有益效果是：
本发明采用了非接触式多传感器融合的坐标系标定方法；旋转轴半径与X，Y运动轴的坐标系位置关系标定；非接触式光学测头与旋转轴的同心调节方法；非接触式光学测头与非接触式图像识别边界的坐标系融合。与目前方式相比：本发明坐标系融合简单，减少了转轴半径不统一引入的误差；非接触式测量；扫描效率高。
附图说明
图1是本发明一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法的光学测头调心球装置；
图2是本发明一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法的光学测头旋转调节工装；
图3是光学测头旋转中心与标准球同心调节方法示意图；
图4是光学测头竖直方向过标准球顶点调节方法示意图；
图5是光学测头旋转半径的确定方法示意图；
图6是光学测头采用标准球定位中心与影像中心的坐标系融合方法示意图。
图中各部件名称如下：
标准球1-1，调心球固定夹具1-2，调心球升降调节台1-3，测头旋转轴2-1，光学测头固定板2-2，光学测头2-3，光学测头微调上调节旋钮2-4，光学测头微调固定板2-5，光学测头微调下调节旋钮2-6，调节转轮1-3-1，升降螺杆1-3-2，升降导轨1-3-3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
所述的3D曲面玻璃全参数快速测量仪的多传感器融合测量坐标系校准方法所涉及的装置包括光学测头调心球装置(图1)，光学测头旋转调节工装(图2)。
所述的光学测头调心球装置(图1)包括标准球1-1，调心球固定夹具1-2及调心球升降调节台1-3。
所述的光学测头旋转调节工装(图2)包括测头旋转轴2-1，光学测头固定板2-2，光学测头2-3，光学测头微调上调节旋钮2-4，光学测头微调固定板2-5以及光学测头微调下调节旋钮2-6。
一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，包含以下步骤：
步骤1：测头调心方法；
步骤1.1：(图3)光学测头旋转中心与标准球同心调节方法；
所述的光学测头旋转中心与标准球同心调节方法(图3)，通过光学测头旋转时找到角度0和+θ及-θ三个位置的L值(L指光学测头反馈的高度值，指的是光学测头的理论聚焦起始点到照射到工件表面聚焦点的距离)；标定原理就是当光学测头照射到标准球表面聚焦并旋转到任意角度时在光学测头读取到的L值都一样，则说明此光学测头旋转中心与标准球同心；要保证同心，需要调节标准球的高度，通过使用调心球升降调节台1-3中的调节转轮1-3-1、升降螺杆1-3-2、升降导轨1-3-3来调节标准球的高度；
步骤1.2：(图4)光学测头竖直方向过标准球顶点调节方法；
所述的光学测头竖直方向(光学测头聚焦的中间轴线与标准球左右移动平台的移动面垂直的方向称之为竖直方向)过标准球顶点(标准球距离标准球移动平台平面最大的点位置称之为顶点)的调节方法(图4)，当光学测头旋转中心与标准球同心调节完毕后，将光学测头的初始角度调节到0度(光学测头旋转轴上的位置传感器反馈的0角度位置称为0度)，通过光学测头在平移左右相同位置时得到L0左右相同距离位置的L(+A)及L(-A)，当L(+A)≠L(-A)时，通过调节(调节方法：使用光学测头微调上调节旋钮2-4及光学测头微调下调节旋钮2-6顺逆时针微调，使得光学测头发生细微位置的旋转)光学测头旋转工装使得L(+A)＝L(-A)，完成后再重复检查光学测头旋转中心与标准球的同心度；直到光学测头旋转中心与标准球的同心且L(+A)＝L(-A)，此时代表光学测头竖直且穿过光学测头旋转中心。
步骤1.3(图5)光学测头旋转半径的确定方法；
所述的光学测头旋转半径的确定方法，由以上步骤1.1和步骤1.2调节完成后，检查到光学测头零位(又称光学测头聚焦原点)到标准球的读数值L加上标准球的半径r，即为光学测头旋转半径R；
步骤2：光学测头；(图6)光学测头采用标准球定位中心与影像中心的坐标系融合方法；由步骤1.1和步骤1.2找到的光学测头旋转中心且竖直过中心，此时的标准球所处的坐标为(X1,Y1)；而当标准球放置找影像系统下找到标准球与影像系统的中心零位对准时，标准球所处的坐标为(X2,Y2)，因此光学测头与影像中心坐标差值为两处坐标点的差值。
本发明适用于相似类型2.5D/3D曲面玻璃、其他材质曲面轮廓度及尺寸集成测量设备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，其特征在于：
所述方法包含以下步骤：
步骤1：测头调心方法；
步骤1.1：光学测头旋转中心与标准球同心调节方法；
所述的光学测头旋转中心与标准球同心调节方法，通过光学测头旋转时找到角度0和+θ及-θ三个位置的L值，L指光学测头反馈的高度值，指的是光学测头的理论聚焦起始点到照射工件表面聚焦点的距离；标定原理就是当光学测头照射到标准球表面聚焦并旋转到任意角度时在光学测头读取到的L值都一样，则说明此光学测头旋转中心与标准球同心；
步骤1.2：光学测头竖直方向过标准球顶点调节方法；
所述的光学测头竖直方向过标准球顶点的调节方法，光学测头聚焦的中间轴线与标准球左右移动平台的移动面垂直的方向称之为竖直方向，标准球距离标准球移动平台平面最大的点位置称之为顶点，当光学测头旋转中心与标准球同心调节完毕后，将光学测头的初始角度调节到0度，光学测头旋转轴上的位置传感器反馈的0角度位置称为0度，通过光学测头在平移左右相同位置时得到L0左右相同距离位置的L(+A)及L(-A)，当L(+A)≠L(-A)时，通过调节光学测头旋转工装使得L(+A)＝L(-A)，完成后再重复检查光学测头旋转中心与标准球的同心度；直到光学测头旋转中心与标准球的同心且L(+A)＝L(-A)，此时代表光学测头竖直且穿过光学测头旋转中心；
步骤1.3光学测头旋转半径的确定方法；
所述的光学测头旋转半径的确定方法，由以上步骤1.1和步骤1.2调节完成后，检查到光学测头零位到标准球的读数值L加上标准球的半径r，即为光学测头旋转半径R；
步骤2：光学测头；光学测头采用标准球定位中心与影像中心的坐标系融合方法；由步骤1.1和步骤1.2找到的光学测头旋转中心且竖直过中心，此时的标准球所处的坐标为(X1,Y1)；而当标准球放置在影像系统下找到标准球与影像系统的中心零位对准时，标准球所处的坐标为(X2,Y2)，因此光学测头与影像中心坐标差值为两处坐标点的差值。
2.根据权利要求1所述的一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，其特征在于：步骤1.1中，要保证光学测头旋转中心与标准球同心，需要调节标准球的高度，通过使用调心球升降调节台中的调节转轮、升降螺杆、升降导轨来调节标准球的高度。
3.根据权利要求1所述的一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，其特征在于：步骤1.2中，光学测头旋转工装的调节方法：使用光学测头微调上调节旋钮及光学测头微调下调节旋钮顺逆时针微调，使得光学测头发生细微位置的旋转。
4.根据权利要求1所述的一种3D曲面玻璃测量仪的多传感器坐标融合校准方法，其特征在于：所述标准球为球体或圆柱体。
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