[发明专利]应用于便携式坐标测量机的实时半径补偿方法及测头装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实时半径补偿方法及测头装置，尤其是涉及一种应用于便携式坐标测量机的实时半径补偿方法及测头装置。

背景技术

便携式坐标测量机如图1所示，通常采用接触式测头，例如红宝石测头，它具有质硬，球度好，半径一致性好，与被测面总接触一点，测量精度比非接触式测量方式高，广泛应用于坐标测量领域。如图2所示，当便携式坐标测量机沿着被测自由曲面3上的标记线4进行测量时，系统需要获得的是测球2球心的坐标值，而不是测球2与曲面接触点的坐标值，因此需要在测量过程中或测量完成后，对获得的测量数据进行半径补偿。半径补偿的关键技术是确定被测自由曲面上接触点的法矢方向。在逆向工程中，被测自由曲面的数学模型未知，所以无法用计算偏导数的方式确定测点的法矢方向，只能根据测点与邻域测点的拓扑关系，构成曲线或微平面，计算法矢方向，近似作为测点的半径补偿方向。

目前半径补偿通常有两种方式：事后补偿和实时补偿。事后补偿根据测头半径、曲面的性质等计算每个点的补偿量，并对曲面进行偏置实现半径补偿，然而对于形状复杂的自由曲面，通过等距偏置得到等距曲面的难度大。

对于实时补偿，由于测量人员手持便携式坐标测量机进行测量，测点分布较散乱，没有明显的扫描线特征，因而无法直接采用二维补偿方法。三维补偿方法一般采用微平面法，测量时测头在测点P的一个小邻域内，分别采集三个辅助参考点，将这三点组成小平面，其法矢方向近似作为测点P的半径补偿方向。这种方法每测一点，需要测三个辅助点，大大增加了测量工作量和时间，并且半径补偿的精度与所选的辅助参考点有关，同时也受到测量人员工作经验的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于便携式坐标测量机的实时半径补偿方法及测头装置。利用此装测头置测量自由曲面时，可以实时补偿测头半径，从而直接获得自由曲面上测点的三维坐标数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种应用于便携式坐标测量机的实时半径补偿方法：

通过等分分布的三个点激光测头获得接触式测头附近被测自由曲面上的三个测点，构成一个三角形，然后计算三角形的法向量，利用该法向量，对接触式测头获得数据进行实时半径补偿。

所述的对接触式测头获得数据进行实时半径补偿的方法：

当接触式测头接触被测自由曲面后，获得一个测点，记为P_Ti，i＝1，2，3，…，n，该测点值为接触式测头球心坐标值；同时，三个点激光测头测得P_Ti附近的三个测点P_L1i、P_L2i和P_L3i，i＝1，2，3，…，n；

P_L1i、P_L2i和P_L3i构成一个三角形，根据式(1)，计算得到三角形的单位法矢n_i，取其外法线方向；

根据式(2)，结合求得的n_i对接触式测头获得的数据点P_Ti进半径补偿，得到补偿后的数据点P_actual i；