CN1225632C - 一种精密坐标测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精密测量仪器领域。一种精密坐标测量方法，它包括悬吊杆(4)和球体(5)，它是利用球体(5)表面上已知位置的至少四个点，通过测出被测点(A)与上述四点的距离或者与距离相关的物理量来求得被测点(A)的坐标位置。一种精密坐标测量装置，它由悬吊杆(4)、球体(5)、电阻测量装置(6)和电源(11)组成，球体(5)的表面上设置有一层厚度均匀的导电层(5-1)，球体(5)的表面上设置有至少四个电阻测点，电阻测点分别与电阻测量装置(6)的四个输入端相连接。通过所测得阻值的不同即能确定被测物体(2)与球体(5)的接触点在球体(5)上的位置，就能通过换算来纠正测量误差，也就实现了本发明的目的。本发明具有设计合理、工作可靠和容易推广实施的优点。

Description

一种精密坐标测量方法及其装置
技术领域
本发明属于精密测量仪器领域，它能为计算机系统提供精确的被测物体形状的三维坐标数值。
背景技术
现有的三坐标精密测量装置工作原理如图2所示，位于悬杆3下端的球形探头1，用于在与被测物体2接触的瞬时输出一接触信号，系统把悬杆3的铅垂方向坐标信号和纵向横向坐标信号输入计算机，悬杆3带着其下端的球形探头1沿纵向和横向移动，使球形探头1与被测物体2的外表面全接触一遍后，被测物体形状的三维坐标数值就被全部录入计算机。由于被测物体的形状可能千变万化，尽管球形探头1可能做得很小，也会发生因球形探头1与被测物体2的接触部位不同而发生的三个方向坐标测量误差。例如当球形探头1与水平表面接触时是球形探头1的底部工作，而当球形探头1与倾斜表面接触时是球形探头1的斜下部工作。此误差的存在影响了测量精度。
发明内容
为了克服现有的三坐标精密测量装置存在因球形探头工作部位不同而发生测量误差的缺陷，提供一种能纠正该测量误差的坐标测量方法及其装置。本发明是通过下述方案予以实现的：一种精密坐标测量方法，它包括悬吊杆和球体，它是利用球体表面上已知位置的至少四个点，通过测出被测点与上述四点的距离或者与距离相关的物理量来求得被测点的坐标位置，其中，所述与距离有关的物理量是对应于该距离的导电回路的电阻值。因为在球体表面上已知四个点的坐标位置，如果另一个未知点与上述四个点的距离确定，那么这个未知点的位置是确定的，也是唯一的。在本方法中未知点就是被测点，求出被测点的位置坐标后，通过补偿运算就能纠正测量误差。
本发明还提供了一种应用上述测量方法的精密坐标测量装置，它由悬吊杆、球体、电阻测量装置和电源组成，球体的表面上设置有一层厚度均匀的导电层，该导电层是非良导体，球体的表面上设置有至少四个电阻测点，这些电阻测点分别与电阻测量装置的四个输入端相连接，电阻测量装置的另一个输入端与电源的一极相连。本发明的测量装置在使用时把被测物体与电源的另一极相连，如此设置当被测物体与球体在接触点处相接触时，就会形成由电源、被测物体、球体和电阻测量装置组成的导电回路，因为从接触点处到四个电阻测点的弧长距离不一样，而导电层是非良导体，所以从接触点处到四个电阻测点的电阻阻值都不同，都可以被电阻测量装置测出。从反方向推导，通过所测得阻值的不同即能确定被测物体与球体的接触点在球体上的位置，确定了接触点位置就能通过换算来纠正测量误差，也就实现了本发明的目的。
本发明具有设计合理、工作可靠和容易推广实施的优点。
优选的是，该精密坐标测量装置中，导电层是镀在球体表面上的。
优选的是，该精密坐标测量装置中，四个电阻测点在球体表面上呈正四面体方位排布。
优选的是，该精密坐标测量装置中，四个电阻测点中的三个电阻测点均匀分布在球体的最大直径圆上，另外一个电阻测点位于球体表面上与上述三个电阻测点距离相等的位置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是传统的坐标精密测量装置的示意图。
具体实施方式
实施方式一：
下面结合图1具体说明本实施方式。它由悬吊杆4和球体5组成，它是利用球体5表面上已知坐标位置的至少四个点，通过测出被测点A与上述四点的电阻，从而推导出被测点A与上述四个点的距离，从而确定被测点A的坐标位置。
实施方式二：
下面结合图1具体说明本实施方式。它由悬吊杆4、球体5、电阻测量装置6和电源11组成，球体5的表面上镀有一层厚度均匀的导电层5-1，该导电层5-1是非良导体，球体5的表面上设置有至少四个电阻测点，电阻测点7、电阻测点8、电阻测点9和电阻测点10呈四面体方位排布，电阻测点7、电阻测点8、电阻测点9和电阻测点10分别与电阻测量装置6的四个输入端相连接，电阻测量装置6的另一个输入端与电源11的正极相连。球体5上的接触点A是这样求出来的，用电阻测量装置测出电阻测点7、电阻测点8、电阻测点9、电阻测点10处各自的电阻值r1、r2、r3和r4及四个回路并联的总阻值r5，利用下面的联立方程组—(101)就能求出各电阻测点与接触点A之间的电阻值R1、R2、R3和R4，RO是系统阻值。
R 1 + R 0 = r 1 R 2 + R 0 = r 2 R 3 + R 0 = r 3 - - - ( 101 ) R 4 + R 0 = r 4 R 0 + 1 1 R 1 + 1 R 2 + 1 R 3 + 1 R 4 = r 5
通过电阻值R1、R2、R3和R4及导电层5-1的电阻率就能确定接触点A与各电阻测点的弧长距离，从而确定A的位置。
实施方式三：
本实施方式与实施方式二的不同点是，电阻测点7、电阻测点8、电阻测点9和电阻测点10在球体5的表面上呈正四面体方位排布。
实施方式四：
本实施方式与实施方式二的不同点是，电阻测点7、电阻测点8和电阻测点10均匀分布在球体5的最大直径圆上，电阻测点9位于球体5表面上与电阻测点7、电阻测点8和电阻测点10距离相等的位置。如此设置加工方便而且测量装置容易校正标定。

Claims (5)

1、一种精密坐标测量方法，它包括悬吊杆(4)和球体(5)，其特征在于它是利用球体(5)表面上已知位置的至少四个点，通过测出被测点(A)与上述四点的距离或者与距离相关的物理量来求得被测点(A)的坐标位置，其中，所述与距离有关的物理量是对应于该距离的导电回路的电阻值。
2、一种精密坐标测量装置，其特征是它由悬吊杆(4)、球体(5)、电阻测量装置(6)和电源(11)组成，球体(5)的表面上设置有一层厚度均匀的导电层(5-1)，该导电层(5-1)是非良导体，球体(5)的表面上设置有至少四个电阻测点，这些电阻测点(7，8，9和10)分别与电阻测量装置(6)的四个输入端相连接，电阻测量装置的另一个输入端与电源(11)的一极相连。
3、根据权利要求2所述的精密坐标测量装置，其特征是导电层(5-1)是镀在球体(5)表面上的。
4、根据权利要求2所述的精密坐标测量装置，其特征是所述电阻测点(7，8，9和10)在球体(5)的表面上呈正四面体方位排布。
5、根据权利要求2所述的精密坐标测量装置，其特征是所述电阻测点中的三个电阻测点(7，8和10)均匀分布在球体(5)的最大直径圆上，另外一个电阻测点(9)位于球体(5)表面上与上述三个电阻测点距离相等的位置。
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