CN115629570B - 三维曲面在线探测方法和装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

三维曲面在线探测方法和装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种三维曲面在线探测方法和装置、电子设备和存储介质，方法包括：获得探针球的半径值信息；基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标；基于所述半径值信息，计算触点半径；基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标。本申请通过获得探针球表面的多个特征点与探针球球心的实际距离，来计算得到探针球与待测点的触点与探针球球心的实际距离，从而实现将探针球测量坐标转化为三维曲面的待测点的实际坐标，实现了探针球直接进行三维曲面的探测，有效避免了传统探测方法存在的步骤繁琐、需要专用设备、易带来装配误差、影响后续步骤的精度的技术问题。

Description

三维曲面在线探测方法和装置、电子设备和存储介质
技术领域
本申请属于数控加工技术领域，具体涉及一种三维曲面在线探测方法和装置、电子设备和存储介质。
背景技术
目前，对数控加工后的工件进行精度检测的方法一般是将工件拆卸，再安装于专用的三坐标测量机上进行检测，步骤繁琐且需要专用设备。特别是在一般的实际加工中，需要按照粗加工、二粗加工、半精加工、精加工等多个步骤进行依次加工，在加工途中拆装工件中会带来装配误差，从而影响后续步骤的精度。
而现有的数控机床通过安装探针仅能够进行二维的高精度探测，无法实现复杂的三维曲面探测。
发明内容
本申请的目的在于提供一种三维曲面在线探测方法和装置、电子设备和存储介质，以解决现有技术中对数控加工后的工件进行精度检测的方法步骤繁琐且需要专用设备，加工途中拆装工件中会带来装配误差，从而影响后续步骤的精度的技术问题。
为了实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：提供一种三维曲面在线探测方法，包括：
获得探针球的半径值信息，所述半径值信息包括探针球球面的n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值；
基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标；
基于所述半径值信息，计算触点半径，所述触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离；
基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标。
在一个或多个实施方式中，所述获取探针球的半径值信息的步骤包括：
获取标准球的实际三维球心坐标，所述标准球的球面上有n个样本点；
基于所述n个样本点的实际坐标和实际法向量以及标准球的实际三维球心坐标，获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值，所述n个特征点为探针球球面与所述n个样本点分别接触的点。
在一个或多个实施方式中，所述获取标准球的实际三维球心坐标的步骤包括：
获取采样点的测量坐标，所述采样点位于所述标准球的正上方、正下方或正侧方，且所述采样点与标准球之间具有预设间距；
基于所述采样点的测量坐标，计算标准球的估算球心坐标；
基于所述标准球的估算球心坐标，进行二维圆心探测，获得标准球的二维球心坐标；
基于所述标准球的二维球心坐标，获得标准球的实际三维球心坐标。
在一个或多个实施方式中，所述n个样本点包括所述标准球的球面上均匀分布的经度线和纬度线的交点，且n个样本点包括纬度为0的M个第一交点以及纬度不为0的L个第二交点。
在一个或多个实施方式中，所述基于所述n个样本点的实际坐标和实际法向量以及标准球的实际三维球心坐标，获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值的步骤包括：
基于所述M个第一交点的实际坐标和实际法向量，计算M个触点与探针球球心的距离，作为第一半径值信息，所述M个触点为探针球球面上分别与所述M个第一交点接触的点；
基于所述第一半径值信息，计算探针球在与0纬度平面垂直的方向上的半径，作为第二半径值信息；
基于所述第一半径值信息、第二半径值信息、所述L个第二交点的实际坐标和实际法向量，计算L个触点与探针球球心的距离，作为第三半径值信息，所述L个触点为探针球球面上分别与所述L个第二交点接触的点。
在一个或多个实施方式中，所述基于所述M个第一交点的实际坐标和实际法向量，计算M个触点与探针球球心的距离，作为第一半径值信息的步骤包括：
基于所述M个第一交点的实际坐标和实际法向量，分别计算探针球的第一运动轨迹；
基于所述M个第一交点的测量坐标，获得探针球的第一半径值信息，所述第一交点的测量坐标为探针球沿所述第一运动轨迹运动至与标准球接触位置时的坐标。
在一个或多个实施方式中，所述基于所述第一半径值信息、第二半径值信息、所述L个第二交点的实际坐标和实际法向量，计算L个触点与探针球球心的距离，作为第三半径值信息的步骤包括：
基于所述第一半径值信息、第二半径值信息和所述L个第二交点的实际坐标和法向量，分别计算探针球的第二运动轨迹；
基于所述L个第二交点的测量坐标，获得探针球的第三半径值信息，所述第二交点的测量坐标为探针球沿所述第二运动轨迹运动至与标准球接触位置时的坐标。
在一个或多个实施方式中，所述基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标的步骤包括：
基于待测点的理论坐标和理论法向量，计算探针球的第三运动轨迹；
获得待测点的测量坐标，所述待测点的测量坐标为探针球沿所述第三运动轨迹运动至与待测点接触位置时的坐标。
在一个或多个实施方式中，基于所述半径值信息，计算触点半径，所述触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离的步骤包括：
基于待测点的理论法向量，计算探针球的触点位置信息；
基于所述触点位置信息，确定探针球球面上与触点邻近的若干个所述特征点；
基于所述若干个特征点的所述半径值信息，计算所述触点半径。
在一个或多个实施方式中，所述基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标的步骤之后，还包括：
基于所述待测点的理论坐标和实际坐标，计算待测点的精度。
为了实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种数控机床三维曲面探测装置，包括：
第一分析模块，用于获得探针球的半径值信息，所述半径值信息包括探针球球面的n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值；
测量模块，用于基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标；
第二分析模块，用于基于所述半径值信息，计算触点半径，所述触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离；
校正模块，用于基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标。
为了实现上述目的，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如上述任一实施方式所述的三维曲面在线探测方法。
为了实现上述目的，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种机器可读存储介质，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如上述任一实施方式所述的三维曲面在线探测方法。
区别于现有技术，本申请的有益效果是：
本申请三维曲面在线探测方法通过获得探针球表面的多个特征点与探针球球心的实际距离，来计算得到探针球与待测点的触点与探针球球心的实际距离，从而实现将探针球测量坐标转化为三维曲面的待测点的实际坐标，实现了探针球直接进行三维曲面的探测，有效避免了传统探测方法存在的步骤繁琐、需要专用设备、易带来装配误差、影响后续步骤的精度的技术问题。
附图说明
图1是本申请三维曲面在线探测方法一实施方式的流程示意图；
图2是图1中步骤S100对应的一实施方式的流程示意图；
图3是图2中步骤S101对应的一实施方式的流程示意图；
图4是图2中步骤S101对应的一实施方式的结构示意图。
图5为图2中步骤S102对应的一实施方式的流程示意图；
图6是图5中步骤S1021对应的一实施方式的结构示意图；
图7是图5中步骤S1023对应的一实施方式的结构示意图；
图8是图1中步骤S200对应的一实施方式的结构示意图；
图9是图1中步骤S300对应的一实施方式的流程示意图；
图10是图9中步骤S302对应的一实施方式的流程示意图；
图11是本申请数控机床三维曲面探测装置一实施方式的结构示意图；
图12是本申请电子设备一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本申请进行详细描述。但该等实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。
目前，数控机床的定位精度已经很高，尤其是装有光栅尺的全闭环数控机床，在其主轴上安装探针即可进行高精度探测，但目前的探测方法一般只能进行二维测量，不支持复杂的三维曲面探测。
若要对数控加工的工件进行精度检测，需要将工件拆卸，并安装于专用的三坐标测量机上进行检测，十分费时费力。特别是实际加工中，需要多个加工步骤依次进行，若对每一步骤的加工精度进行检测，需要加工途中重复拆装工件，会导致装配误差，影响后续加工精度。
因此，申请人开发了一种能够在数控机床上对三维曲面进行检测的方法，请参阅图1，图1是本申请三维曲面在线探测方法一实施方式的流程示意图。
需要说明的是，在以下实施方式中，探针球测量的坐标为探针球高度最低点的坐标值。
该探测方法包括：
S100、获得探针球的半径值信息。
探针球可以是数控机床上的球形探针球，在实际应用中，探针球的球面精度可能达不到探测需求，且探测时探针信号可能存在延迟，因此，可以首先确定探针球表面各点的半径值，以在探测工件时进行修正。
本实施方式中，探针球的半径值信息包括探针球球面的n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值。
可以理解的，对于任一三维曲面的待测点而言，当探针球表面与其接触的触点与探针球球心的距离以及该探针球在竖向的半径值被确定后，即可将触点与待测点接触时探针球的测量坐标转化为待测点的实际坐标。
在一个实施方式中，请参阅图2，图2是图1中步骤S100对应的一实施方式的流程示意图。
获得探针球的半径值信息的步骤具体包括：
S101、获取标准球的实际三维球心坐标。
标准球可以为与探针球配套的高精度球体，其基本数值和形状误差已经按计量技术规范被预先校准。本实施方式中，可以通过该标准球对探针球表面各点的半径值信息进行标定测量。
可以理解的，为了测量探针球表面各点的半径值，可将探针球表面各点与标准球上对应的点接触，并保证标准球球心、触点和探针球球心位于同一条直线上。这样，由于标准球半径已知，可计算得到触点与探针球球心的实际距离。
标准球的球面上包括n个样本点，在一个实施方式中，为了保证取点的均匀性，便于后续计算，标准球球面上的n个样本点可以选取其球面上均匀分布的经度线和纬度线的交点，并且，该n个样本点包括纬度为0的M个第一交点以及纬度不为0的L个第二交点。
标准球上的样本点与探针球上的特征点是一一对应的，通过标准球上的样本点的经度和纬度，能够计算出探针球上用于和该样本点接触的特征点所在的经度和纬度。
因此，需要确认标准球的实际三维球心坐标，来获取样本点的实际坐标，从而获得对应的特征点的实际坐标，为下一步测量特征点的半径做准备。
在一个实施方式中，如图3和图4所示，图3是图2中步骤S101对应的一实施方式的流程示意图。
获取标准球的实际三维球心坐标的步骤包括：
S1011、获取采样点的测量坐标。
采样点可以为位于标准球正上方且距离标准球预设距离的点。
在一个实施例中，采样点P0可以是位于标准球正上方2mm，且采样点的坐标可以记录为P0(X0,Y0,Z0)。
S1012、基于采样点的测量坐标，计算标准球的估算球心坐标。
以采样点P0位于标准球正上方2mm为例，可估算出标准球的估算球心坐标C0＝(X0,Y0,Z0-Rb-2)，其中Rb为已知的标准球的半径。
S1013、基于标准球的估算球心坐标，进行二维圆心探测，获得标准球的二维球心坐标。
估算球心坐标可以作为二维圆心探测的基准，通过操控探针球在XY平面上围绕标准球的球心进行圆心探测，从而获得标准球球心的X和Y坐标真实值。
二维圆心探测可以采用多种合适的方法，示范性地，本实施方式中可以采用雷尼绍探针指令P9814进行二维圆心探测。
S1014、基于标准球的二维球心坐标，获得标准球的实际三维球心坐标。
在获得标准球的球心X和Y坐标真实值之后，能够通过进一步操控探针球获得标准球正上方的点的坐标，从而计算得到标准球的实际三维球心坐标。
可以理解的，本实施方式中采样点位于标准球正上方，从而首先获得标准球球心的X和Y坐标真实值，之后基于标准球球心的X和Y坐标真实值，通过操控探针球获得标准球球心的Z坐标真实值；在其他实施方式中，采样点也可位于标准球的正下方或正侧方，均能实现本实施方式的效果。
S102、基于n个样本点的实际坐标和实际法向量以及标准球的实际三维球心坐标，获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值。
具体地，n个特征点为探针球球面与n个样本点分别接触的点。
在一个应用场景中，标准球可以位于探针球下方，探针球对标准球进行探测时，仅探针球的下半球面与标准球的上半球面相接触，因此n个样本点可以均位于标准球的上半球面，相应的n个特征点可以均位于探针球的下半球面。
在其他应用场景中，标准球也可以位于探针球上方，相应的，n个样本点可以均位于标准球的下半球面，n个特征点可以均位于探针球的上半球面，均能够实现本实施方式的效果。
在上述一个实施方式中，n个样本点可以选取球面上均匀分布的经度线和纬度线的交点，因此可以准确得到每个样本点的纬度φj，经度θi；同时，获得与该样本点对应接触的特征点在探针球上的纬度为
Figure BDA0003838847530000101
经度为360-θi。
基于样本点的纬度φj和经度θi，可以得到样本点的实际坐标和实际法向量。
在一个应用场景中，可以以标准球的球心为零点建立坐标系，样本点可表示为Pij＝(Rb,θi,φj)，其中θi与经度对应，φj与纬度对应，Rb为已知的标准球的半径。
可求得样本点的坐标：
Figure BDA0003838847530000102
以及样本点处的法向：
Figure BDA0003838847530000103
在其他应用场景中，也可以其他已知点作为零点建立坐标系，均能够清楚获得样本点的坐标和法向；标准球的球面也可以按照其他角度的经线和纬线划分，或者直接选取均匀分布的样本点，均能够实现本实施方式的效果。
在一个实施方式中，请参阅图5，图5为图2中步骤S102对应的一实施方式的流程示意图。
获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值的步骤包括：
S1021、基于M个第一交点的实际坐标和实际法向量，计算M个触点与探针球球心的距离，作为第一半径值信息。
具体地，n个样本点包括M个纬度为0的第一交点，第一交点的实际坐标可表示为Pij＝(Rb cosθi,Rbsinθi,0)；法向可以表示为
Figure BDA0003838847530000111
Figure BDA0003838847530000112
为了使第一交点与对应的特征点接触，需操控探针球由运动起点，沿着
Figure BDA0003838847530000113
的方向运动。
在一个应用场景中，如图6所示，探针球的第一运动轨迹可以为：由标准球的正上方沿
Figure BDA0003838847530000114
方向移动S＝Rb+Rp+d的距离，到达安全位置；之后将探针球下降至探针球测量的Z坐标为-Rp的位置；之后沿
Figure BDA0003838847530000115
的方向移动，直至与标准球接触。
其中，d为探针球和标准球初始时的安全距离，可根据实际工况进行选择；Rp为探针球的标称半径，Rb为已知的标准球的半径。
基于M个第一交点的测量坐标，获得探针球的第一半径值信息，第一交点的测量坐标为探针球沿第一运动轨迹运动至与标准球接触位置时的坐标。
具体地，以上述应用场景中的第一运动轨迹操控探针球运动，可得到探针球和标准球接触时的坐标Ppi0＝(Xi0,Yi0,Zi0)；根据该坐标，可算得纬度为0时，经度为360-θi的特征点处的半径为
Figure BDA0003838847530000121
每个特征点检测完成后，操控探针球移回标准球正上方，继续下一个特征点的检测，直至所有与第一交点对应的特征点全部检测完成，可得到分别与M个第一交点接触的M个特征点的与探针球球心的实际距离，作为第一半径值。
可以理解的，本实施方式中探针球的运动方式不是唯一的，可根据实际情况修改，仅需要保证安全且探测起始点和探测方向正确即可，均能实现本实施方式的效果。
S1022、基于第一半径值信息，计算探针球在与0纬度平面垂直的方向上的半径，作为第二半径值信息。
当探针球探测标准球时，为了保证探测准确，应当使标准球球心Cb、样本点以及探针球球心三点共线。这样，由于标准球半径已知，可以获得特征点与探针球球心的实际距离。
但由于，探针球的测量坐标实际上是探针球竖直方向最低的点的坐标，因此还需要首先获得探针球在竖直方向的半径，从而能够将测量坐标修正为探针球的球心坐标，以保证标准球球心Cb、样本点以及探针球球心三点共线。
在一个应用场景中，可以将第一半径值信息内的M个半径值取平均值，作为探针球在竖直方向的半径：
Figure BDA0003838847530000131
，作为第二半径值信息；在其他应用场景中，也可采用其他数据处理方法，以估算获得探针球在竖直方向的半径。
S1023、基于第一半径值信息、第二半径值信息、L个第二交点的实际坐标和实际法向量，计算L个触点与探针球球心的距离，作为第三半径值信息。
当探针球在竖直方向的半径Rpz已知时，可以开始针对纬度不为0的第二交点进行探测。
在以标准球球心为零点的坐标系中，第二交点的实际坐标可以表示
Figure BDA0003838847530000132
法向量可以表示为：
Figure BDA0003838847530000133
如图7所示，基于第二交点的实际坐标和法向量，探针球的探测起始点可以表示为
Figure BDA0003838847530000134
其中S＝Rb+Rp+d，d为探针球和标准球初始时的安全距离，可根据实际工况进行选择；Rpz为探针球在竖直方向的半径值，Rb为已知的标准球的半径。
值得注意的时，探测起始点的位置是指探针球检测到的坐标，此时探针球球心的坐标是
Figure BDA0003838847530000135
标准球球心Cb、样本点以及探针球球心三点共线。
当操控探针球到达探测起始点后，操控探针球沿
Figure BDA0003838847530000136
Figure BDA0003838847530000141
方向进行探测，直至第二交点与对应的特征点接触，记录信号触发时的测量坐标Ppij＝(Xij,Yij,Zij)。
根据测量坐标，可算得探针球纬度为
Figure BDA0003838847530000142
经度为360-θi处的半径为
Figure BDA0003838847530000143
每个特征点检测完成后，继续下一个特征点的检测，直至所有与第二交点对应的特征点全部检测完成，可得到分别与L个第二交点接触的L个特征点的与探针球球心的实际距离，作为第二半径值。
S200、基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标。
待测点的理论坐标和理论法向量可以根据UG、Open cascade等CAD软件直接获取，可将待测点的理论坐标记录为Pt＝(Xt,Yt,Zt)，法向记录为
Figure BDA0003838847530000144
Figure BDA0003838847530000145
值得注意的是，本实施方式中仅考虑探针球位于工件上方的情况，因此需保证nz≥0，若nz<0，需通过机床旋转进行坐标变换完成测量。在其他实施方式中，也可使得探针球位于工件下方，且仅考虑nz≤0的情况。
基于待测点的理论坐标和理论法向量，计算探针球的第三运动轨迹。
如图8所示，起测点与待测点之间的距离S＝d+Rp，其中d为安全距离，可根据实际工况选择。
起测点的测量坐标可以表示为
Figure BDA0003838847530000146
Figure BDA0003838847530000147
在探针球达到起测点后，可操控探针球沿
Figure BDA0003838847530000148
方向进行移动探测，可使待测点与对应的触点Pc接触，记录接触时的测量坐标值Pp＝(Xp,Yp,Zp)，得到待测点的测量坐标。
S300、基于半径值信息，计算触点半径。
具体地，触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离。
由于待测点的测量坐标实际为探针球与待测点接触时探针球最低点处坐标。因此，需将测量坐标校正至待测点的实际坐标，校正的过程可以理解为：将测量坐标Pp沿(0,0,Rpz)偏置到探针球球心，再沿负法向
Figure BDA0003838847530000151
偏置一个特征点处实际探针球半径Rc，因此还需要计算触点Pc的半径。
在一个实施方式中，请参阅图9，图9是图1中步骤S300对应的一实施方式的流程示意图。
计算触点半径的步骤包括：
S301、基于待测点的理论法向量，计算探针球的触点位置信息。
由于待测点的法向
Figure BDA0003838847530000152
已知，触点Pc在探针球上的法向为
Figure BDA0003838847530000153
基于触点Pc的法向，可以计算出探针球上触点Pc的经度和纬度分别为：θ＝-arctan2(ny,nx)，φ＝-arcsin nz。
S302、基于触点位置信息，确定探针球球面上与触点邻近的若干个特征点。
由于触点Pc的经度和纬度已知，因此可以确定与其邻近的多个特征点。在一个应用场景中，如图10所示，当特征点和样本点为均匀分布的纬线和经线的交点，且相邻纬线呈30°角，相邻经线呈30°角时，能够确定与触点Pc邻近的4个特征点，分别标记为P0,P1,P2,P3，其中P0与P1纬度相同，P2与P3纬度相同，P0与P2经度相同，P1与P3经度相同，记P0处经度为θ0，P0的纬度为
Figure BDA0003838847530000161
显然P1的经度为θ1＝θ0+30°，P2的纬度为
Figure BDA0003838847530000162
S303、基于若干个特征点的半径值信息，计算触点半径。
根据与触点Pc邻近的特征点的半径值，能够计算处触点Pc的半径值。以上述应用场景为例，根据步骤S100的结果，找到P0,P1,P2,P3对应的半径值，分别记为R0,R1,R2,R3。
采用双线性插值方法，计算触点Pc的半径Rc。
具体的计算过程如下：
Figure BDA0003838847530000163
则：
Ru0＝(1-u)R0+uR1；Ru1＝(1-u)R2+uR3；Rc＝(1-v)Ru0+vRu1。
可以理解的，本实施方式采用的是双线性插值方法计算触点Pc的半径Rc。在其他实施方式中，还可以采用本领域常用的其他方法。
在其他应用场景中，当特征点并非均匀分布的纬线和经线的交点时，也可根据触点Pc邻近的多个特征点的实际位置及半径值来确定触点Pc的半径，均能够实现本实施方式的效果。
S400、基于触点半径以及待测点的理论法向量，校正待测点的测量坐标，获得待测点的实际坐标。
由于触点Pc的半径值已知，探针球与待测点接触时的测量坐标Pp＝(Xp,Yp,Zp)已知，待测点的法向量
Figure BDA0003838847530000171
已知；将测量坐标Pp沿(0,0,Rpz)偏置到探针球球心，再沿负法向
Figure BDA0003838847530000172
偏置触点Pc处的实际探针球半径Rc，可以得到待测点的实际坐标，可以表示为Pr＝(Xp-Rcnx,Yp-Rcny,Zp+Rpz-Rcnz)。
S500、基于待测点的理论坐标和实际坐标，计算待测点的精度。
当获得待测点的实际坐标后，还可以将实际坐标与理论坐标进行比较，从而计算待测点的精度。
在一个应用场景中，可以求实际坐标的X、Y、Z值分别与理论坐标的X、Y、Z值的差值，作为X、Y、Z三个方向上的测量误差，具体地，X方向误差为：Ex＝Xp-Rcnx-Xt；Y方向误差为：Ey＝Yp-Rcny-Yt；Z方向误差为：Ez＝Zp-Rcnz-Xz。
基于三个方向上的测量误差，还可以计算法向误差为：En＝Ex·nx+Ey·ny+Ez·nz。
在其他应用场景中，还可以将实际坐标和理论坐标在三个不同方向上的坐标差值除以理论坐标，得到误差百分比，均可以表示待测点的检测精度；或者采用本领域常用的其他手段，基于理论坐标和实际坐标来表征测量的准确度，均能够实现本实施方式的效果。
请参阅图11，图11是本申请数控机床三维曲面探测装置一实施方式的结构示意图。
该数控机床三维曲面探测装置包括：第一分析模块11、测量模块12、第二分析模块13和校正模块14。
第一分析模块11用于获得探针球的半径值信息，半径值信息包括探针球球面的n个特征点与探针球球心的实际距离。测量模块12用于基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标。第二分析模块13用于基于半径值信息，计算触点半径，触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离。校正模块14用于基于触点半径以及待测点的理论法向量，校正待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标。
请参阅图12，图12是本申请电子设备一实施方式的结构示意图。电子设备20可以包括至少一个处理器21、存储器22(例如非易失性存储器)、内存23和通信接口24，并且至少一个处理器21、存储器22、内存23和通信接口24经由总线25连接在一起。至少一个处理器21执行在存储器22中存储或编码的至少一个计算机可读指令。
应该理解，在存储器22中存储的计算机可执行指令当执行时使得至少一个处理器进行本说明书的各个实施例中以上结合图1-图9描述的各种操作和功能。
在本说明书的实施例中，电子设备20可以包括但不限于：个人计算机、服务器计算机、工作站、桌面型计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、移动电子设备、智能电话、平板计算机、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持装置、消息收发设备、可佩戴电子设备、消费电子设备等等。
根据一个实施例，提供了一种比如机器可读介质的程序产品。机器可读介质可以具有指令(即，上述以软件形式实现的元素)，该指令当被机器执行时，使得机器执行本说明书的各个实施例中以上结合图1-图9描述的各种操作和功能。具体地，可以提供配有可读存储介质的系统或者装置，在该可读存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机或处理器读出并执行存储在该可读存储介质中的指令。
在这种情况下，从可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的可读存储介质构成了本说明书的一部分。
可读存储介质的实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD-RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上或云上下载程序代码。
本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所对应的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (11)

1.一种三维曲面在线探测方法，其特征在于，包括：
获得探针球的半径值信息，所述半径值信息包括探针球球面的n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值；
基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标；
基于所述半径值信息，计算触点半径，所述触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离；
基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标；
所述获取探针球的半径值信息的步骤包括：
获取标准球的实际三维球心坐标，所述标准球的球面上有n个样本点；
基于所述n个样本点的实际坐标和实际法向量以及标准球的实际三维球心坐标，获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值，所述n个特征点为探针球球面与所述n个样本点分别接触的点；
所述获取标准球的实际三维球心坐标的步骤包括：
获取采样点的测量坐标，所述采样点位于所述标准球的正上方、正下方或正侧方，且所述采样点与标准球之间具有预设间距；
基于所述采样点的测量坐标，计算标准球的估算球心坐标；
基于所述标准球的估算球心坐标，进行二维圆心探测，获得标准球的二维球心坐标；
基于所述标准球的二维球心坐标，获得标准球的实际三维球心坐标。
2.根据权利要求1所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，所述n个样本点包括所述标准球的球面上均匀分布的经度线和纬度线的交点，且n个样本点包括纬度为0的M个第一交点以及纬度不为0的L个第二交点。
3.根据权利要求2所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，所述基于所述n个样本点的实际坐标和实际法向量以及标准球的实际三维球心坐标，获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值的步骤包括：
基于所述M个第一交点的实际坐标和实际法向量，计算M个触点与探针球球心的距离，作为第一半径值信息，所述M个触点为探针球球面上分别与所述M个第一交点接触的点；
基于所述第一半径值信息，计算探针球在与0纬度平面垂直的方向上的半径，作为第二半径值信息；
基于所述第一半径值信息、第二半径值信息、所述L个第二交点的实际坐标和实际法向量，计算L个触点与探针球球心的距离，作为第三半径值信息，所述L个触点为探针球球面上分别与所述L个第二交点接触的点。
4.根据权利要求3所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，所述基于所述M个第一交点的实际坐标和实际法向量，计算M个触点与探针球球心的距离，作为第一半径值信息的步骤包括：
基于所述M个第一交点的实际坐标和实际法向量，分别计算探针球的第一运动轨迹；
基于所述M个第一交点的测量坐标，获得探针球的第一半径值信息，所述第一交点的测量坐标为探针球沿所述第一运动轨迹运动至与标准球接触位置时的坐标。
5.根据权利要求3所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，所述基于所述第一半径值信息、第二半径值信息、所述L个第二交点的实际坐标和实际法向量，计算L个触点与探针球球心的距离，作为第三半径值信息的步骤包括：
基于所述第一半径值信息、第二半径值信息和所述L个第二交点的实际坐标和法向量，分别计算探针球的第二运动轨迹；
基于所述L个第二交点的测量坐标，获得探针球的第三半径值信息，所述第二交点的测量坐标为探针球沿所述第二运动轨迹运动至与标准球接触位置时的坐标。
6.根据权利要求1所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，所述基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标的步骤包括：
基于待测点的理论坐标和理论法向量，计算探针球的第三运动轨迹；
获得待测点的测量坐标，所述待测点的测量坐标为探针球沿所述第三运动轨迹运动至与待测点接触位置时的坐标。
7.根据权利要求1所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，基于所述半径值信息，计算触点半径，所述触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离的步骤包括：
基于待测点的理论法向量，计算探针球的触点位置信息；
基于所述触点位置信息，确定探针球球面上与触点邻近的若干个所述特征点；
基于所述若干个特征点的所述半径值信息，计算所述触点半径。
8.根据权利要求1所述的三维曲面在线探测方法，其特征在于，所述基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标的步骤之后，还包括：
基于所述待测点的理论坐标和实际坐标，计算待测点的精度。
9.一种数控机床三维曲面探测装置，其特征在于，包括：
第一分析模块，用于获得探针球的半径值信息，所述半径值信息包括探针球球面的n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值；
测量模块，用于基于待测点的理论坐标和理论法向量，获得待测点的测量坐标；
第二分析模块，用于基于所述半径值信息，计算触点半径，所述触点半径为探针球表面与待测点接触的触点与探针球球心的实际距离；
校正模块，用于基于所述触点半径以及待测点的理论法向量，校正所述待测点的测量坐标，以获得待测点的实际坐标；
其中，所述第一分析模块用于获取标准球的实际三维球心坐标，所述标准球的球面上有n个样本点；基于所述n个样本点的实际坐标和实际法向量以及标准球的实际三维球心坐标，获得n个特征点与探针球球心的实际距离以及探针球竖直方向上的半径值，所述n个特征点为探针球球面与所述n个样本点分别接触的点；
所述第一分析模块用于获取采样点的测量坐标，所述采样点位于所述标准球的正上方、正下方或正侧方，且所述采样点与标准球之间具有预设间距；基于所述采样点的测量坐标，计算标准球的估算球心坐标；基于所述标准球的估算球心坐标，进行二维圆心探测，获得标准球的二维球心坐标；基于所述标准球的二维球心坐标，获得标准球的实际三维球心坐标。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至8任一项所述的三维曲面在线探测方法。
11.一种机器可读存储介质，其特征在于，其存储有可执行指令，所述指令当被执行时使得所述机器执行如权利要求1至8任一项所述的三维曲面在线探测方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3396409B2 (ja) * 1997-10-23 2003-04-14 株式会社牧野フライス製作所 ワークの形状寸法測定方法及び装置
CN102116609B (zh) * 2009-12-30 2013-12-11 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 探针验证系统及方法
CN103377300A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 探针校准路径模拟系统及方法
CN103481122B (zh) * 2013-08-08 2016-05-04 哈尔滨理工大学 面向自由曲面的接触式测量误差补偿方法
CN103692292B (zh) * 2013-11-25 2016-08-17 湖北三江航天险峰电子信息有限公司 在车床上进行工件尺寸在线测量的方法

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Assignee: Suzhou Rennake Information Technology Co.,Ltd.

Assignor: SHANGHAI LYNUC NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: X2024980011246

Denomination of invention: Three dimensional surface online detection method and device, electronic equipment, and storage medium

Granted publication date: 20230425

License type: Common License

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