CN112648938A - 一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置及方法，涉及模具类工件几何量测量技术领域。以实现提升模具定位精度和效率，扩大其适用范围，并能保护模具表面。所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1、XYZ三向偏角测量与控制系统3以及控制计算机4，所述XYZ三向偏角测量与控制系统3用于对所述激光轮廓仪2采集的三维数据进行实时获取、分析与对模具5的空间姿态在XYZ三个方向的偏角计算与评定。本发明所述测量装置能实现对被测模具的空间姿态的偏角计算与评定的功能，测量速度快，效率和精度高，克服了传统大尺寸平板类模具空间姿态的测量方法及装置的不足。

Description

一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置及 方法

技术领域

本发明涉及模具类工件几何量测量技术领域，具体涉及一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法及装置。

背景技术

大型平板类模具在加工现场通过吊装进行定位安装时，模具常常会存在不平、不正和歪斜等误差，即模具上表面相对于基准平面XYZ坐标系存在与X轴、Y轴的偏角误差以及绕Z轴的转角误差。

具体来说，模具安装误差主要包括模具平行度测量基准面相对于数控机床的平行度参考基准面的平行度误差，模具角向倾斜测量基准孔内测量基准圆的圆心连线相对于数控机床的角向倾斜误差参考轴线的角向误差。加工时零件铺叠在模具表面，模具的安装位置精度直接影响零件的加工精度。为保证零件加工精度，要求模具在水平面内的位置误差≤0.03(±0.015mm)，包括Z轴方向和Z轴转动方向。

目前，模具空间姿态测量已有不少方法，：

如国家局与2006年7月5日公告的一份名为“刚体空间位姿测量装置及其测量方法”、申请号为“200410009083.7”的中国发明专利给出了一种刚体空间位姿测量装置及其测量方法，包括测量执行机构、数据采集装置以及存储计算程序的计算机，在刚体上选择合适连接位置，通过上述装置获取初始数据，利用迭代方程组得到被测刚体的空间位姿信息，该种方法中使用的是拉线式编码器，测量方法的测量精度低，而且可使用的场合也有一定的局限性。

如国家局与2020年4月7日公布的一份名为“一种模具定位系统、方法及装置”、申请号为“201811160286.4”的中国发明专利给出了一种模具定位系统、方法及装置是基于超宽带无线通信技术(UWB)进行模具定位的，该系统包括定位设备、多个UWB基站以及服务器，通过向多个UWB基站发送UWB信号模具信息来对模具进行定位，其定位精度只能达到厘米级。

如国家局与2019年2月5日公布的一份名为“一种基于主动视觉的空间位姿测量系统及方法”、申请号为“201811415367.4”的中国发明专利给出了一种基于主动视觉的空间位姿测量系统及方法，包括红外发光靶板、摄像机和监控终端，通过摄像机提取安装于被测物体上标志物位姿状态的图像特征信息来获取物体的空间位姿，该方法需要在物体表面安装标志物，不仅会带来安装误差，操作过程比较繁琐，而且定位精度不高。

如国家局与2020年11月6日公告的一份名为“基于立体视觉和结构光视觉的大型工件位姿测量系统、方法”、申请号为“201810764075.5”的中国发明专利给出了一种基于立体视觉和结构光视觉的大型工件位姿测量系统、方法，该方法是先用计算机对大型工件上定位标志的位置进行检测和粗定位，然后由机械臂携带末端的激光结构光视觉传感器运动到目标位置，对定位标志进行局部精确测量，完成对大型工件位姿的精确测量，该方法里的定位方式会导致算法结构很复杂，编写和修改时很耗时，然后就是需要安装定位标志，而且每次对定位标志进行目标检测前需要进行训练，其次就是机械臂携带末端的激光结构光视觉传感器运动到目标位置会导致这种精度只能达到机械臂的精度，精度无法再提高。

综合上面的专利来看，对于本模具的定位还有很多不足之处。比如：使用的测量装置及仪器在某些场合不适用，定位过程比较耗时，部分定位装置本身的定位精度有一定的范围，会导致模具的定位精度不能提高，而且部分装置的自动化程度不够高会导致测量方法的实时性低，在很多有要求的场合不适用；由此可见，很多大型平板类模具的姿态计算方法的适用范围受到了限制。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种可有效解决现有技术存在的操作麻烦、精度不高或是适用范围小、局限性大等种种问题，可有效实现大型模具空间姿态的自动化精密测量的大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置及方法。以实现提升模具定位精度和效率，扩大其适用范围，并能保护模具表面。

本发明的技术方案为：所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1、XYZ三向偏角测量与控制系统3以及控制计算机4，四套所述三维高精运动机构1以及控制计算机4都安装在工作台8上，所述XYZ三向偏角测量与控制系统3安装在所述控制计算机4上，通过XYZ三向偏角测量与控制系统3分别控制四套所述三维高精运动机构1，使得固定安装在四套所述三维高精运动机构1横向导轨上的四个线激光轮廓仪2分别进行X、Y、Z三向的运动；

所述XYZ三向偏角测量与控制系统3用于对所述激光轮廓仪2三维测量数据进行实时采集、分析与模具5在XYZ三个方向的偏角评定。

所述工作台8上固定连接有多个竖直设置的可调支撑柱，所述模具5放置在多个可调支撑柱上，结合控制计算机4的数据对多个所述可调支撑柱的长度分别进行调节，最终使得模具5保持水平状态；

所述模具5的凸起面为待加工面、且底面呈平面状，所述模具5上表面的边缘处开设有四个沉槽，四个所述沉槽均布在模具5的四周，所述沉槽的槽底为小平面6，其中两个小平面6上开设有圆锥孔7，两圆锥孔7沿模具5中心对称设置。

四套所述搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1分布安装在工作台8的四个方位上，安装XYZ三向偏角测量与控制系统3的所述控制计算机4也放置在工作台8上。

所述三维高精运动机构1包括两两保持垂直的纵向导轨、竖直导轨以及横向导轨，所述纵向导轨水平设置、且其固定连接在工作台上，所述竖直导轨竖直设置、且其底部滑动连接在纵向导轨上，所述横向导轨水平设置、且其中部滑动连接在竖直导轨上，所述激光轮廓仪2安装在横向导轨上，并可对激光轮廓仪2的安装位置进行微调；

所述三维高精运动机构1还包括三个以伺服电机作为动力源的伺服直线驱动器，三个所述伺服直线驱动器分别连接在纵向导轨的端头处、竖直导轨的底部以及横向导轨的端头处，通过三个所述伺服直线驱动器驱动竖直导轨沿竖直方向做上下运动，或驱动纵向导轨沿水平方向做前后直线往复运动，或驱动固定安装有线激光轮廓仪2的横向导轨沿水平方向做左右往复运动。

控制计算机4向多轴运动控制器发送运动位移指令，多轴运动控制器控制各个伺服直线驱动器中的伺服电机运动，从而控制搭载激光轮廓仪2的三维高精运动机构1作XYZ三向运动。

按以下方法进行测量：

S1、系统标定：建立系统的坐标转换模型，主要包括激光轮廓仪坐标系O_L-X_LY_LZ_L、三维高精运动机构坐标系O_P-X_PY_PZ_P和机床坐标系O_M-X_MY_MZ_M，为了实现测量系统中坐标系的统一，需要通过标定得到坐标系之间的转换矩阵。先将激光轮廓仪坐标系标定到运动机构坐标系，通过高斯-牛顿迭代法求解出三维高精运动机构坐标系与机床坐标系的坐标转换关系，实现坐标系的统一；

S2、机构初始化：XYZ三向偏角测量与控制系统、激光轮廓仪、三维高精运动机构初始化；

S3、三维高精运动机构控制：四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1分别对分布在模具5上表面的四个角或四条边的被测表面从一边到另一边进行自动扫描测量；先测量模具5上表面的几个小平面6，再测量对角或者对边小平面6上任意两个圆锥孔7；

S4、实时位移数据采集：在扫描测量过程中，线激光轮廓仪2处于轮廓模式，XYZ三向偏角测量与控制系统3每隔一定时间读取线激光轮廓仪2产生的一条轮廓线数据，直至扫描完成，最后得到一系列被测表面轮廓线数据，采集这些包含表面信息的轮廓数据；

S5、数据处理：

S5.1、拟合模具上表面小平面得出平面方程：对采集得到的每个小平面6数据点按Z坐标值进行排序，去掉前面一小部分的最大点和后面一小部分的最小点，将剩下所有数据点从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，按最小二乘法进行空间平面拟合，最小二乘评定法原理是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求解令:

最小，即

x_i、y_i、z_i：测得的数据点的坐标值

Q：残余误差平方和

B、B、C为平面方程Ax+By-z+C＝0的方程系数；

确定系数矩阵中A，B，C的值之后，即可得到拟合平面的方程为Ax+By-z+C＝0获得所在平面后，求平面的法向矢量，即可求得模具上表面与两个坐标轴，即与机床坐标系X轴、Y轴相应的偏角；

S5.2、通过模具上表面小平面上两孔圆心坐标拟合直线得出直线方程：对两圆锥孔7测量所得到的二个圆心坐标，分别从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，计算这二个点所表示的空间直线方程，并求得这条直线在XOY平面上的投影与X轴或Y轴的夹角，即绕Z轴的转角；

S5.3、得出模具空间位姿：通过步骤S5.1、S5.2得到模具5上表面与机床坐标系X、Y轴的偏角和绕Z轴的转角后，即可得出模具5的空间姿态。

本发明相比已有的技术具有如下的优点：首先就是本发明装置采用搭载线激光轮廓仪的三维高精运动机构，在XYZ三向偏角测量与控制系统就行测量的，可以在工业场景下完成对大型平板类模具的定位，而且稳定性和测量精度较高，重复测量精度可达10至20微米，可以直接测量被测模具的的位姿，不仅系统实时性较高，而且提高了在大型平板类模具测量中的测量效率和测量准确度。

本发明所述测量装置能实现对被测模具的空间姿态的偏角计算与评定的功能，测量速度快，效率和精度高，克服了传统大尺寸平板类模具空间姿态的测量方法及装置的不足。

附图说明

图1是本案的结构示意图，

图2是本案的工作流程图，

图3是本案的系统结构图，

图4是本案对线激光轮廓仪的控制原理图，

图5是本案的工作状态示意图；

图中1是三维高精运动机构，2是四套线激光轮廓仪，3是XYZ三向偏角测量与控制系统，4是控制计算机，5是模具，6是小平面，7是圆锥孔，8是工作台。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明实施案例提供了一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法及装置，所述测量对象大尺寸平板类模具，所用的测量对象如图1(底面是平板的模具空间姿态的分布测量装置示意图)中的模具5所示，如图1所示，模具5底面的平板是长为600mm，宽350mm，厚30mm的矩形，四个角的圆角半径为20mm，四条边上有四个小平面，相对的两个小平面上有两个圆锥孔，实验时模具5被水平放置。

所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1、XYZ三向偏角测量与控制系统3以及控制计算机4，四套所述三维高精运动机构1以及控制计算机4都安装在工作台8上，所述XYZ三向偏角测量与控制系统3安装在所述控制计算机4上，通过XYZ三向偏角测量与控制系统3分别控制四套所述三维高精运动机构1，使得固定安装在四套所述三维高精运动机构1横向导轨上的四个线激光轮廓仪2分别进行X、Y、Z三向的运动；

所述XYZ三向偏角测量与控制系统3包括平面转角计算模块、平面转角评定模块、定位线转角计算模块、定位线转角评定模块，所述XYZ三向偏角测量与控制系统3用于对所述激光轮廓仪2三维测量数据进行实时采集、分析与模具5在XYZ三个方向的偏角评定。

所述工作台8上还固定连接有多个竖直设置的可调支撑柱，所述模具5放置在多个可调支撑柱上，结合控制计算机4的数据对多个所述可调支撑柱的长度分别进行调节，最终使得模具5保持水平状态。从而克服模具吊装放置后出现的不平、不正和歪斜等问题，即克服模具上表面相对于基准平面XYZ坐标系存在与X轴、Y轴的偏角误差以及绕Z轴的转角误差。

所述模具5的凸起面为待加工面、且底面呈平面状，所述模具5上表面的边缘处开设有四个沉槽，四个所述沉槽均布在模具5的四周，所述沉槽的槽底为小平面6，其中两个小平面6上开设有圆锥孔7，两圆锥孔7沿模具5中心对称设置。

如图2和图3所示，分别为底面是平板的模具空间姿态的分布测量方法流程图和测量系统组成结构示意图，测量装置由四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1、XYZ三向偏角测量与控制系统3、控制计算机4等四部分组成，所述四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1在控制系统的控制下分别对分布在模具5上表面的四个角或四条边上的几个小平面6与对角或者对边小平面上任意两个圆锥孔7进行自动扫描测量，并根据测量结果计算模具5上表面在X、Y、Z向角向偏差，从而确定模具5的空间姿态，另外所述XYZ三向偏角测量与控制系统3里面又包括平面转角计算模块、平面转角评定模块、定位线转角计算模块、定位线转角评定模块，用于对所述线激光轮廓仪2三维测量数据进行实时采集、分析与模具5在XYZ三个方向的偏角评定。

四套所述搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1分布安装在工作台8的四个方位上，安装XYZ三向偏角测量与控制系统3的所述控制计算机4也放置在工作台8上。

所述三维高精运动机构1包括两两保持垂直的纵向导轨、竖直导轨以及横向导轨，所述纵向导轨水平设置、且其固定连接在工作台上，所述竖直导轨竖直设置、且其底部滑动连接在纵向导轨上，所述横向导轨水平设置、且其中部滑动连接在竖直导轨上，所述激光轮廓仪2安装在横向导轨上，并可对激光轮廓仪2的安装位置进行微调；

所述三维高精运动机构1还包括三个以伺服电机作为动力源的伺服直线驱动器，三个所述伺服直线驱动器分别连接在纵向导轨的端头处、竖直导轨的底部以及横向导轨的端头处，通过三个所述伺服直线驱动器驱动竖直导轨上的滑块带动横向导轨沿竖直方向做上下运动，或驱动纵向导轨上的滑块带动竖直滑轨沿水平方向做前后直线往复运动，或驱动固定安装有线激光轮廓仪2的横向导轨上的滑块沿水平方向做左右往复运动。

如图4所示为XYZ三向偏角测量与控制系统控制原理示意图，控制计算机4中的上位机软件向多轴运动控制器发送运动位移指令，多轴运动控制器控制各个伺服直线驱动器中的伺服电机运动，从而控制搭载激光轮廓仪2的三维高精运动机构1作XYZ三向运动。

在运动过程中，多轴运动控制器可以读取各个伺服直线驱动器中光栅尺的值，并结合伺服电机编码器实现电机运动的精准控制，达到闭环控制的目的，闭环反馈控制确保了模组的运动精度。

平行度误差测量可根据测量传感器的不同分为采用接触式位移传感器的接触式测量和采用激光扫描测量的非接触式测量；本案中采用的是非接触式平行度误差测量方法，如图5所示，接触式测量则被用于测量三维运动机构重复定位精度。

测量数据采集可在线激光轮廓仪的点云模式和轮廓模式下进行扫描测量。在点云模式下，通过四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1在轮廓模式下进行扫描测量，线激光轮廓仪使用一系列测量点表示轮廓，其中每个测量点代表相对于原点的距离。每个测量点都包含传感器视野中的一个高度(Z轴)和位置(X轴)坐标。

在轮廓模式下生成的数据可采用两种格式：使用和不使用均匀间距，本案采用使用均匀间距格式。均匀间距在扫描页面的扫描模式面板中启用，启用均匀间距后，会对构成轮廓的范围进行重新采样，使得沿激光线(X轴)的间距均匀分布。线激光传感器处于轮廓模式时，每扫描一次可以产生扫描一条线轮廓，通过传感器在被测表面上沿直线运动一定的距离，得出一系列的表面轮廓数据，可以通过采集这些包含表面信息的轮廓数据，进行数据处理可实现测量过程。

线激光运动的自动测量模式指三维高精度运动机构1初始化后，自动回初始点，然后运动到安全等待点后触发线激光传感器，线激光传感器模式设定为轮廓模式并启动距离测量工具判断与工件的高度距离h，线激光传感器向下运动，当到达h小于指定值后停止运动并切换成点云或轮廓模式，然后水平移动执行扫描测量操作。

所述线激光传感器在测量过程中采用的是编码器触发的方式，因此需要与三维运动控制进行数据交互，当三维运动机构到达测量的初始点位置时，将运动控制数据中的编码器信号传输到线激光传感器中进行触发。

同时，针对扫描测量过程中可能出现的测量特征与理想测量基准有偏差的情况，采用线宽超过基准孔直径的线激光传感器对测量区域进行直线式的扫描测量，扫描速度快，对运动机构要求相比于接触式测量相对较低。为使成型模具的测量特征适应线激光的扫描测量方法，需要对测量特征孔进行一定的修型后采用线激光轮廓仪进行测量。采用的修型方法是将测量特征平面和测量特征孔的相交圆进行倒角修型或沉头孔修型，修型后依然存在相交圆，但不是测量特征，修型后的特征孔与修型区域有相交圆，将此相交圆作为角向误差的测量特征，其不受搬运过程中磕碰、磨损等影响。

本案按以下方法进行测量：

S1、系统标定：建立系统的坐标转换模型，主要包括激光轮廓仪坐标系(O_L-X_LY_LZ_L)、三维高精运动机构坐标系(O_P-X_PY_PZ_P)和机床坐标系(O_M-X_MY_MZ_M)，为了实现测量系统中坐标系的统一，需要通过标定得到坐标系之间的转换矩阵。先将激光轮廓仪坐标系标定到运动机构坐标系，通过高斯-牛顿迭代法求解出三维高精运动机构坐标系与机床坐标系的坐标转换关系，实现坐标系的统一；由于安装误差，激光轮廓仪的实际位置与理论位置之间存在偏差,这就需要一种可靠的激光轮廓仪位姿标定方法，因此，本案通过高斯-牛顿迭代将激光轮廓仪坐标系O_L-X_LY_LZ_L与三维运动机构坐标系O_P-X_PY_PZ_P进行统一。

S2、机构初始化：XYZ三向偏角测量与控制系统、激光轮廓仪、三维高精运动机构初始化；

S3、三维高精运动机构控制：所述四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1在控制系统的控制下分别对分布在模具5表面四个角或四条边的四个小平面6以及二个圆锥孔7进行自动扫描测量，具体来说：四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1分别对分布在模具5上表面的四个角或四条边的被测表面从一边到另一边进行自动扫描测量；先测量模具5上表面的几个小平面6，再测量对角或者对边小平面6上任意两个圆锥孔7。

扫描前对测量特征孔进行一定的修型后采用线激光轮廓仪2进行测量，在轮廓模式下生成的数据可采用均匀间距在扫描页面的扫描模式面板中启用，启用均匀间距后，会对构成轮廓的范围进行重新采样，使得沿激光线(X轴)的间距均匀分布。

S4、实时位移数据采集：在扫描测量过程中，线激光轮廓仪2处于轮廓模式，XYZ三向偏角测量与控制系统3每隔一定时间读取线激光轮廓仪2产生的一条轮廓线数据，直至扫描完成，最后得到一系列被测表面轮廓线数据，采集这些包含表面信息的轮廓数据。

S5、数据处理：

S5.1、拟合模具上表面小平面得出平面方程：对采集得到的每个小平面6数据点按Z坐标值进行排序，去掉前面一小部分的最大点和后面一小部分的最小点，将剩下所有数据点从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，按最小二乘法进行空间平面拟合，最小二乘评定法原理是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求解令:

最小，即

x_i、y_i、z_i：测得的数据点的坐标值

Q：残余误差平方和

C、B、C为平面方程Ax+By-z+C＝0的方程系数；

确定系数矩阵中A，B，C的值之后，即可得到拟合平面的方程为Ax+By-z+C＝0获得所在平面后，求平面的法向矢量，即可求得模具上表面与两个坐标轴，即与机床坐标系X轴、Y轴相应的偏角。

S5.2、通过模具上表面小平面上两孔圆心坐标拟合直线得出直线方程：对两圆锥孔7测量所得到的二个圆心坐标(即圆锥孔锥面的定点)，分别从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，计算这二个点所表示的空间直线方程，并求得这条直线在XOY平面上的投影与X轴(或Y轴)的夹角，即绕Z轴的转角；从而得到模具5上表面绕Z轴的转角。

S5.3、得出模具空间位姿：通过步骤S5.1、S5.2得到模具(5)上表面与机床坐标系X、Y轴的偏角和绕Z轴的转角后，即可得出模具(5)的空间姿态。

最终，根据得到的模具5上表面与机床坐标系X、Y轴的偏角以及绕Z轴的转角，可对各个可调支撑柱的长度分别进行调节，使得模具5保持水平状态，以便于对模具顶面的加工。

综上所述，本发明实施例提供了一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法及装置，所述测量装置能实现对被测模具的空间姿态的偏角计算与评定的功能，测量速度快，效率和精度高，重复测量精度可达10至20微米，系统实时性较高，还能实现对被测模具的空间姿态的偏角计算与评定的功能，克服了传统大尺寸平板类模具空间姿态的测量方法及装置的不足。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置，其特征在于，所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪(2)的三维高精运动机构(1)、XYZ三向偏角测量与控制系统(3)以及控制计算机(4)，四套所述三维高精运动机构(1)以及控制计算机(4)都安装在工作台(8)上，所述XYZ三向偏角测量与控制系统(3)安装在所述控制计算机(4)上，通过XYZ三向偏角测量与控制系统(3)分别控制四套所述三维高精运动机构(1)，使得固定安装在四套所述三维高精运动机构(1)横向导轨上的四个线激光轮廓仪(2)分别进行X、Y、Z三向的运动；

所述XYZ三向偏角测量与控制系统(3)用于对所述激光轮廓仪(2)三维测量数据进行实时采集、分析与模具(5)在XYZ三个方向的偏角评定。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置，其特征在于，所述工作台(8)上固定连接有多个竖直设置的可调支撑柱，所述模具(5)放置在多个可调支撑柱上，结合控制计算机(4)的数据对多个所述可调支撑柱的长度分别进行调节，最终使得模具(5)保持水平状态；

所述模具(5)的凸起面为待加工面、且底面呈平面状，所述模具(5)上表面的边缘处开设有四个沉槽，四个所述沉槽均布在模具(5)的四周，所述沉槽的槽底为小平面(6)，其中两个小平面(6)上开设有圆锥孔(7)，两圆锥孔(7)沿模具(5)中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置，其特征在于，四套所述搭载线激光轮廓仪(2)的三维高精运动机构(1)分布安装在工作台(8)的四个方位上，安装XYZ三向偏角测量与控制系统(3)的所述控制计算机(4)也放置在工作台(8)上。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置，其特征在于，所述三维高精运动机构(1)包括两两保持垂直的纵向导轨、竖直导轨以及横向导轨，所述纵向导轨水平设置、且其固定连接在工作台上，所述竖直导轨竖直设置、且其底部滑动连接在纵向导轨上，所述横向导轨水平设置、且其中部滑动连接在竖直导轨上，所述激光轮廓仪(2)安装在横向导轨上，并可对激光轮廓仪(2)的安装位置进行微调；

所述三维高精运动机构(1)还包括三个以伺服电机作为动力源的伺服直线驱动器，三个所述伺服直线驱动器分别连接在纵向导轨的端头处、竖直导轨的底部以及横向导轨的端头处，通过三个所述伺服直线驱动器驱动竖直导轨沿竖直方向做上下运动，或驱动纵向导轨沿水平方向做前后直线往复运动，或驱动固定安装有线激光轮廓仪(2)的横向导轨沿水平方向做左右往复运动。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置，其特征在于，控制计算机(4)向多轴运动控制器发送运动位移指令，多轴运动控制器控制各个伺服直线驱动器中的伺服电机运动，从而控制搭载激光轮廓仪(2)的三维高精运动机构(1)作XYZ三向运动。

6.一种基于权利要求1所述的大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置的测量方法，其特征在于，按以下方法进行测量：

S1、系统标定：建立系统的坐标转换模型，主要包括激光轮廓仪坐标系(O_L-X_LY_LZ_L)、三维高精运动机构坐标系(O_P-X_PY_PZ_P)和机床坐标系(O_M-X_MY_MZ_M)，为了实现测量系统中坐标系的统一，需要通过标定得到坐标系之间的转换矩阵。先将激光轮廓仪坐标系标定到运动机构坐标系，通过高斯-牛顿迭代法求解出三维高精运动机构坐标系与机床坐标系的坐标转换关系，实现坐标系的统一；

S2、机构初始化：XYZ三向偏角测量与控制系统、激光轮廓仪、三维高精运动机构初始化；

S3、三维高精运动机构控制：四套搭载线激光轮廓仪(2)的三维高精运动机构(1)分别对分布在模具(5)上表面的四个角或四条边的被测表面从一边到另一边进行自动扫描测量；先测量模具(5)上表面的几个小平面(6)，再测量对角或者对边小平面(6)上任意两个圆锥孔(7)；

S4、实时位移数据采集：在扫描测量过程中，线激光轮廓仪(2)处于轮廓模式，XYZ三向偏角测量与控制系统(3)每隔一定时间读取线激光轮廓仪(2)产生的一条轮廓线数据，直至扫描完成，最后得到一系列被测表面轮廓线数据，采集这些包含表面信息的轮廓数据；

S5、数据处理：

S5.1、拟合模具上表面小平面得出平面方程：对采集得到的每个小平面(6)数据点按Z坐标值进行排序，去掉前面一小部分的最大点和后面一小部分的最小点，将剩下所有数据点从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，按最小二乘法进行空间平面拟合，最小二乘评定法原理是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求解令:

最小，即

x_i、y_i、z_i：测得的数据点的坐标值

Q：残余误差平方和

A、B、C为平面方程Ax+By-z+C＝0的方程系数；

确定系数矩阵中A，B，C的值之后，即可得到拟合平面的方程为Ax+By-z+C＝0获得所在平面后，求平面的法向矢量，即可求得模具上表面与两个坐标轴，即与机床坐标系X轴、Y轴相应的偏角；

S5.2、通过模具上表面小平面上两孔圆心坐标拟合直线得出直线方程：对两圆锥孔(7)测量所得到的二个圆心坐标，分别从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，计算这二个点所表示的空间直线方程，并求得这条直线在XOY平面上的投影与X轴(或Y轴)的夹角，即绕Z轴的转角；

S5.3、得出模具空间位姿：通过步骤S5.1、S5.2得到模具(5)上表面与机床坐标系X、Y轴的偏角和绕Z轴的转角后，即可得出模具(5)的空间姿态。

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