CN113916129B - 一种三坐标测量机及标定方法 - Google Patents

一种三坐标测量机及标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113916129B
CN113916129B CN202111298735.3A CN202111298735A CN113916129B CN 113916129 B CN113916129 B CN 113916129B CN 202111298735 A CN202111298735 A CN 202111298735A CN 113916129 B CN113916129 B CN 113916129B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measuring head
probe
light source
image
machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111298735.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113916129A (zh
Inventor
周健
王志伟
朱怡
杨聪
黄沄
曹葵康
蔡雄飞
徐一华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tztek Technology Co Ltd
Original Assignee
Tztek Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tztek Technology Co Ltd filed Critical Tztek Technology Co Ltd
Priority to CN202111298735.3A priority Critical patent/CN113916129B/zh
Publication of CN113916129A publication Critical patent/CN113916129A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113916129B publication Critical patent/CN113916129B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种三坐标测量机及标定方法，属于精密测量领域，三坐标测量机包括复合式测量头和底光源组件；所述复合式测量头设置在竖向驱动轴下端，所述竖向驱动轴安装在机台的支撑架上；所述复合式测量头包括接触式探针、影像测头和光谱共焦测头；所述底光源组件设置在所述复合式测量头下方且可控的横向移动。X/Y驱动轴端部设置衍射干涉器。测量头需融合标定。通过本申请的三坐标测量机，结构简单，能够很好的提高测量精度，便于在高精测量领域的推广。

Description

一种三坐标测量机及标定方法
技术领域
本发明属于精密测量技术，具体涉及一种三坐标测量机及标定方法，可广泛应用于精密检测领域。
背景技术
坐标测量机(coordinate measurement machine，CMM)是一种通用的几何尺寸测量仪器，在制造业中有着广泛的应用。随着制造业的不断发展，工件的加工精度日益提高、几何形状日趋复杂、对生产效率的要求越来越高，传统的接触式坐标测量机越来越难以满足制造业发展需求。为此，出现了通用型高精度复合式坐标测量机，将接触式探针、影像测头、光学距离测头等多种测头集成在一台坐标测量机上，实现复杂几何形状工件的高精度快速测量。
然而，现有的方案中，如接触式探针和激光传感器-锥光全息传感器-X射线传感器的多传感器三维复合测量，其测量精度仍达不到高精度的亚微米级甚至纳米级。因此，需要设计一种新型的测头组合的测量机。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三坐标测量机及标定方法，其能解决上述问题。
设计方案：
一种三坐标测量机，所述三坐标测量机包括复合式测量头和底光源组件；所述复合式测量头设置在竖向驱动轴下端，所述竖向驱动轴安装在机台的支撑架上；所述复合式测量头包括接触式探针、影像测头和光谱共焦测头；所述底光源组件设置在所述复合式测量头下方且可控的横向移动。
进一步的，所述复合式测量头的布置方式为：所述影像测头和光谱共焦测头设置在所述接触式探针的两侧，且三者的中心点在同一直线上布置；其中，所述接触式探针的上端设置测头连接座，用于与驱动轴、影像测头、光谱共焦测头的连接；所述影像测头通过影像连接板转接至所述测头连接座的一侧面；所述光谱共焦测头通过激光连接板转接至所述测头连接座的另一侧面，并通过光谱锁紧块夹持定位所述光谱共焦测头。
进一步的，所述三坐标测量机还包括载台玻璃、Y轴导轨和X轴导轨，所述驱动轴作为Z轴，在所述X轴导轨端部设置X轴激光衍射干涉器，在所述Y轴导轨端部设置Y轴激光衍射干涉器，以此提高对X轴和Y轴的位置测量精度。
本发明还提供了一种三坐标测量机的复合式测量头的标定方法，方法包括：
S1、独立标定，用同一标定器在机台坐标系下分别对接触式探针、影像测头和光谱共焦测头进行标定；
S2、融合标定，获取每个独立标定的标定器中心坐标，建立接触式探针、影像测头和光谱共焦测头间的相对位置关系，完成融合标定。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过本申请的三坐标测量机，结构简单，能够很好的提高测量精度，便于在高精测量领域的推广。
附图说明
图1为本发明三坐标测量机的示意图；
图2为复合式测量头的装配图；
图3为复合式测量头的分解示意图。
图中：
1、接触式探针；11、前探针；12、后探针；13、下探针；14、斜置探针；15、探针座；16、探针处理转接箱；
2、影像测头；21、相机；22、镜头；23、表面光连接件；231、环形体；232、转接立板；24、环形表面光；
3、光谱共焦测头；
4、测头连接座；41、顶板；411、座口；42、影像侧板；43、光谱侧板；
5、影像连接板；
6、激光连接板；
7、光谱锁紧块；
8、底光源组件；81、底光源直线电机；82、底光源转接板；83、底光源L形转接架；84、底光源本体；
9、X轴激光衍射干涉器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
三坐标测量机
参见图1-图3，三坐标测量机包括复合式测量头和底光源组件8；所述复合式测量头设置在竖向驱动轴下端，所述竖向驱动轴安装在机台的支撑架上。
其中，所述复合式测量头包括接触式探针1、影像测头2和光谱共焦测头3；所述底光源组件8设置在所述复合式测量头下方且可控的横向移动。所述三坐标测量机还包括载台玻璃、Y轴导轨和X轴导轨，所述驱动轴作为Z轴，在所述X轴导轨端部设置X轴激光衍射干涉器9，在所述Y轴导轨端部设置Y轴激光衍射干涉器(图未示)，以此提高对X轴和Y轴的位置测量精度。
布置方式：所述复合式测量头的布置方式为：所述影像测头2和光谱共焦测头3设置在所述接触式探针1的两侧，且三者的中心点在同一直线上布置。
所述接触式探针1的上端设置测头连接座4，用于与驱动轴、影像测头2、光谱共焦测头3的连接。
所述影像测头2通过影像连接板5转接至所述测头连接座4的一侧面。
所述光谱共焦测头3通过激光连接板6转接至所述测头连接座4的另一侧面，并通过光谱锁紧块7夹持定位所述光谱共焦测头3。
具体的，接触式探针1采用四探针结构，包括前探针11、后探针12、下探针13和斜置探针14，四个探针位置可调的设置在探针座15上，探针座15上方连接探针处理转接箱16，所述探针处理转接箱16与所述测头连接座4连接。
具体的，所述影像测头2包括自上而下依次设置的相机21、镜头22、表面光连接件23和环形表面光24，表面光连接件23包括环形体231和垂直于所述环形体231的转接立板232，所述镜头22和表面光连接件23的转接立板232通过影像连接板5连接至所述测头连接座4。
进一步的，所述测头连接座4整体呈凹形一体机加工成型，包括开设座口411的顶板41、影像侧板42和光谱侧板43，在所述影像侧板42和光谱侧板43上开设转接孔和锁定孔，所述锁定孔用于将安装在座口411上的驱动轴锁紧定位。
具体的，所述底光源组件8包括安装于机台横轨板的底光源直线电机81，一个底光源转接板82安装于所述底光源直线电机81的动子上并随之可控的横向移动，一个底光源L形转接架83的两端分别连接所述底光源转接板82和一个底光源本体84，将所述底光源本体84承载于所述复合式测量头的正下方。
融合标定方法
前述三坐标测量机的复合式测量头的标定方法，方法包括：
S1、独立标定，用同一标定器在机台坐标系下分别对接触式探针1、影像测头2和光谱共焦测头3进行标定；
S2、融合标定，获取每个独立标定的标定器中心坐标，建立接触式探针1、影像测头2和光谱共焦测头3间的相对位置关系，完成融合标定。
示例性的，所述标定器采用标定球，标定中心为标定球球心坐标。
综上，该三坐标测量机，因采用了三坐标融合测量，以及使用了衍射干涉器，极大地提高了测量精度，可达1+nm级。可广泛应用于高精度三坐标测量中。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种三坐标测量机，其特征在于：所述三坐标测量机包括复合式测量头和底光源组件（8）；所述复合式测量头设置在竖向驱动轴下端，所述竖向驱动轴安装在机台的支撑架上；所述复合式测量头包括接触式探针（1）、影像测头（2）和光谱共焦测头（3）；所述底光源组件（8）设置在所述复合式测量头下方且可控的横向移动；
所述复合式测量头的布置方式为：所述影像测头（2）和光谱共焦测头（3）设置在所述接触式探针（1）的两侧，且三者的中心点在同一直线上布置；其中，
所述接触式探针（1）的上端设置测头连接座（4），用于与驱动轴、影像测头（2）、光谱共焦测头（3）的连接；
所述影像测头（2）通过影像连接板（5）转接至所述测头连接座（4）的一侧面；
所述光谱共焦测头（3）通过激光连接板（6）转接至所述测头连接座（4）的另一侧面，并通过光谱锁紧块（7）夹持定位所述光谱共焦测头（3）；
所述接触式探针（1）采用四探针结构，包括前探针（11）、后探针（12）、下探针（13）和斜置探针（14），四个探针位置可调的设置在探针座（15）上，探针座（15）上方连接探针处理转接箱（16），所述探针处理转接箱（16）与所述测头连接座（4）连接；
所述复合式测量头的标定方法，包括：
S1、独立标定，用同一标定器在机台坐标系下分别对接触式探针（1）、影像测头（2）和光谱共焦测头（3）进行标定；
S2、融合标定，获取每个独立标定的标定器中心坐标，建立接触式探针（1）、影像测头（2）和光谱共焦测头（3）间的相对位置关系，完成融合标定；
所述标定器采用标定球，标定中心为标定球球心坐标；
所述底光源组件（8）包括安装于机台横轨板的底光源直线电机（81），一个底光源转接板（82）安装于所述底光源直线电机（81）的动子上并随之可控的横向移动，一个底光源L形转接架（83）的两端分别连接所述底光源转接板（82）和一个底光源本体（84），将所述底光源本体（84）承载于所述复合式测量头的正下方。
2.根据权利要求1所述的三坐标测量机，其特征在于：
所述影像测头（2）包括自上而下依次设置的相机（21）、镜头（22）、表面光连接件（23）和环形表面光（24），表面光连接件（23）包括环形体（231）和垂直于所述环形体（231）的转接立板（232），所述镜头（22）和表面光连接件（23）的转接立板（232）通过影像连接板（5）连接至所述测头连接座（4）。
3.根据权利要求2所述的三坐标测量机，其特征在于：所述测头连接座（4）整体呈凹形一体机加工成型，包括开设座口（411）的顶板（41）、影像侧板（42）和光谱侧板（43），在所述影像侧板（42）和光谱侧板（43）上开设转接孔和锁定孔，所述锁定孔用于将安装在座口（411）上的驱动轴锁紧定位。
4.根据权利要求2所述的三坐标测量机，其特征在于：所述三坐标测量机还包括载台玻璃、Y轴导轨和X轴导轨，所述驱动轴作为Z轴，在所述X轴导轨端部设置X轴激光衍射干涉器（9），在所述Y轴导轨端部设置Y轴激光衍射干涉器，以此提高对X轴和Y轴的位置测量精度。
CN202111298735.3A 2021-11-04 2021-11-04 一种三坐标测量机及标定方法 Active CN113916129B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111298735.3A CN113916129B (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种三坐标测量机及标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111298735.3A CN113916129B (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种三坐标测量机及标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113916129A CN113916129A (zh) 2022-01-11
CN113916129B true CN113916129B (zh) 2022-07-29

Family

ID=79245193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111298735.3A Active CN113916129B (zh) 2021-11-04 2021-11-04 一种三坐标测量机及标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113916129B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115682952B (zh) * 2022-10-25 2024-01-30 浙江大学 一种基于光谱共焦原理的几何量精密测量装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5822877A (en) * 1996-06-20 1998-10-20 Brown & Sharpe Manufacturing Company Multi-probe system for dimensional metrology
CN101571374A (zh) * 2009-06-15 2009-11-04 合肥工业大学 微型高精度三坐标测量机误差检定系统
CN202648619U (zh) * 2012-05-30 2013-01-02 西安爱德华测量设备股份有限公司 一种附加底部光源运动部件的移动桥式坐标测量机
CN204854641U (zh) * 2015-05-30 2015-12-09 东莞市兆丰精密仪器有限公司 一种影像坐标测量仪
WO2017165793A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 Thorlabs, Inc. Mems tunable vcsel powered swept source oct for 3d metrology applications

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103994741B (zh) * 2014-05-12 2016-08-31 京东方科技集团股份有限公司 一种测量膜层厚度的方法和装置
DE102015217637C5 (de) * 2015-09-15 2023-06-01 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Betreiben eines konfokalen Weißlichtsensors an einem Koordinatenmessgerät und Anordnung
CN105606046B (zh) * 2015-11-04 2018-03-16 苏州天准科技股份有限公司 一种复合式坐标测量机融合标定器
EP3184957B1 (en) * 2015-12-23 2021-07-14 Hexagon Technology Center GmbH Modular micro optics for optical probes
CN205309932U (zh) * 2016-01-12 2016-06-15 苏州天准科技股份有限公司 一种用于数控铣床在位测量的影像测头及影像测量系统
US20180088202A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 Faro Technologies, Inc. Apparatus and method for relocating an articulating-arm coordinate measuring machine
DE202017107827U1 (de) * 2017-06-12 2018-01-12 Tesa Sa Dreh /Schwenkkopf für optische Messtaster, Koordinatenmesssystem und Werkzeughalter
CN108562242A (zh) * 2018-04-23 2018-09-21 东莞市迪泰自动化设备有限公司 一种多组激光复合式三维光学影像测量系统
CN113405462B (zh) * 2021-05-21 2022-05-03 杭州电子科技大学 一种集成共焦法与三角法的探路式测头装置及其测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5822877A (en) * 1996-06-20 1998-10-20 Brown & Sharpe Manufacturing Company Multi-probe system for dimensional metrology
CN101571374A (zh) * 2009-06-15 2009-11-04 合肥工业大学 微型高精度三坐标测量机误差检定系统
CN202648619U (zh) * 2012-05-30 2013-01-02 西安爱德华测量设备股份有限公司 一种附加底部光源运动部件的移动桥式坐标测量机
CN204854641U (zh) * 2015-05-30 2015-12-09 东莞市兆丰精密仪器有限公司 一种影像坐标测量仪
WO2017165793A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 Thorlabs, Inc. Mems tunable vcsel powered swept source oct for 3d metrology applications

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
三坐标测量机探针系统误差的研究;谢祖通;《计量与测试技术》;20090930(第09期);全文 *
三维激光球杆仪的系统误差分析与补偿;徐良等;《仪表技术与传感器》;20200315(第03期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113916129A (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106802135B (zh) 自由曲面光学元件的在位检测装置及检测方法
CN113834438B (zh) 基于三维测量框架的高精度自由曲面仿形测量装置及方法
CN108942413B (zh) 超精密车削金刚石刀具非接触精准对刀仪及对刀方法
CN108413902B (zh) 一种用于检测汽车轮毂安装孔尺寸和位置的装置
CN113916129B (zh) 一种三坐标测量机及标定方法
CN104567693B (zh) 一种计量型微纳台阶高度测量装置
CN204346373U (zh) 一种计量型微纳台阶高度测量装置
CN114719752A (zh) 基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法
CN115284227A (zh) 一种芯轴表面质量自动调整检测系统及其工作方法
CN111895924B (zh) 一种镜片厚度自动测量装置
CN114623772A (zh) 机械加工零部件四轴在线检测柔性平台及检测方法
CN111189390B (zh) 一种基于激光干涉原理的机床几何误差测量装置
CN113624136A (zh) 零件检测设备和零件检测设备标定方法
CN110864624A (zh) 一机两用型测量仪器
CN110986792A (zh) 一种一维球或锥窝阵列的高精度检测装置及检测方法
KR100467060B1 (ko) 편평도와 표면거칠기 동시 측정용 장치
CN111215646B (zh) 一种卧式超精密光学镜头定心车床
CN115533675A (zh) 一种光学元件控时磨削面形测量系统及面形测量方法
CN113432551A (zh) 基于多轴精密运动机构的微小零件三维形貌测量方法
CN105180872B (zh) 高精度镜间隔调整环的测量方法及装置
CN220103995U (zh) 影像测量仪
CN220029676U (zh) 一种磁流变抛光装置
CN218270613U (zh) 一种基于光谱共焦技术的内径测量系统
CN211373501U (zh) 多功能测量仪器
CN216925532U (zh) 自由曲面镜片曲率测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant