[发明专利]一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法

权利要求书

1.一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：将A旋转轴和C旋转轴置于零位，且在C旋转轴的工作台面上安装一个倾斜角度在10°至30°之间的斜面；

S102：A旋转轴不动，C旋转轴至少旋转三次，且每次旋转静止后使用机床测距传感器在斜面上测量一个矩形的点阵，然后通过测量的点阵拟合出至少三个斜面的空间平面方程及其法向量的值，通过以上信息可计算出平面交点P₁与C轴轴向P₁与所组成的空间直线为C旋转轴的轴心；

S103：C旋转轴不动，A旋转轴至少旋转三次，且每次旋转静止后使用机床测距传感器在斜面上测量一个矩形的点阵，然后通过测量的点阵拟合出至少三个斜面的空间平面方程及其法向量的值，通过以上信息可计算出平面交点P₂与A轴轴向P₂与所组成的空间直线为A旋转轴的轴心；

其中，所述A旋转轴绕X轴的轴线进行旋转运动；C旋转轴安装在A旋转轴上且整体随A旋转轴同时进行旋转运动，当A旋转轴位于0度时，C旋转轴绕Z轴的轴线进行旋转运动。

2.如权利要求1所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，在所述步骤S102平面方程和其平面的法向量的计算方法如下：

空间平面系数A、B、C、D满足方程X_iA+Y_iB+Z_iC+D＝0(i≤m,m≥4)，其中(X_i,Y_i,Z_i)为矩形点阵中各点的空间坐标，通过求解以下线性方程组的最小二乘解得到平面方程系数A、B、C、D，并获取该平面的法向量即(A,B,C)；

3.如权利要求2所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，在步骤S102中，至少三个斜面根据平面方程X_iA+Y_iB+Z_iC+D＝0计算出平面交点和各自平面的法向量所述平面交点的计算方法如下：

通过求解线性方程组的最小二乘解得到空间平面的交点。

4.如权利要求3所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，在步骤S102中，通过至少三个法向量计算出C旋转轴的轴向计算方法如下：

令旋转轴轴向用单位向量表示，各平面法向量用单位向量表示，其中，由于是同一平面绕旋转轴旋转所得，易知与任意夹角相等，由于与均为单位向量(长度为1)，即设与夹角为α，与相点乘结得对于任意i(i≤n,n≥3)可得：

令其中与为同方向向量，可得：

已知的值为(A_Ni,B_Ni,C_Ni)，设的值为(X,Y,Z)，可建立如下线性方程组：

求解以上方程的最小二乘解，可得将进行单位化处理，得到的单位向量即为旋转轴轴向：

5.如权利要求1所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，所述步骤S103中计算所述平面交点P₂与A轴轴向的计算方法和S102中计算所述平面交点P₁与C轴轴向的计算方法相同。

6.如权利要求1所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，在步骤S101中，A旋转轴和C旋转轴的零位位置由点激光测距传感器进行基准定位。

7.如权利要求1所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，在步骤S102中，C旋转轴的旋转范围为0°至360°。

8.如权利要求1所述的一种旋转轴回转中心方向及空间位置测量方法，其特征在于，在步骤S103中，C旋转轴的旋转范围在-45°至45°。