[发明专利]基于三点微平面式法向检测方法

摘要

本发明公开了一种基于三点微平面法向检测方法，基于微分几何思想——微平面近似代替微曲面法，并应用激光位移传感器技术及数据采集技术，通过一定的算法可以测得曲面上待测点的法向量。相关参数的标定方法是：首先建立一个测量空间，然后在该空间中拟定一球面并建立球面方程，将传感器安装好后在球面上采集若干数据点，这些数据点必然满足该球面方程，从而可得出若干个含参数的方程，再应用fminsearch最小优化方法求解方程组，便可解出各参数。本发明不仅能够进行非接触式测量，而且测量精度高、测量方便、快捷，可应用于法向误差校正、法向姿态调整、法向检测等测量领域。

主权项

一种基于三点微平面法向检测方法，其特征在于：按如下步骤进行：1)建立模型：将3个激光位移传感器环形均布于三坐标测量机的头部，传感器的空间姿态能使激光成锥形射在曲面上，根据精度要求调整锥度来控制3个激光点所形成的微平面大小；2)建立空间坐标系：首先，用三坐标测量机建立一个世界坐标系1；然后选用三坐标测量机末端关节坐标系作为中间转换坐标系2；另外在每个激光位移传感器上建立一个以激光线射出方向为z轴负向、以激光位移传感器工作参考点为坐标原点的局部坐标系3；3)采集数据：利用数据采集卡和LabVIEW软件采集激光位移传感器电压信号并转换为位移值Li；4)计算激光点的坐标：利用激光位移传感器测得的位移即可知道激光点在局部坐标系3下的坐标(0，0，wi)，wi＝‑Li，根据欧拉坐标转换公式，分别求得3个激光点在坐标系1下的坐标，坐标转换公式如下： P i = R 0 * R i * 0 0 w i 1 i＝1，2，3 R i = R z 1 * R x 2 + T i = 1 0 0 0 0 cos ( r z 1 ) sin ( r z 1 ) 0 0 - sin ( r z 1 ) cos ( r z 1 ) 0 0 0 0 1 * cos ( r x 2 ) sin ( r x 2 ) 0 0 - sin ( r x 2 ) cos ( r x 2 ) 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 + 0 0 0 a i 0 0 0 b i 0 0 0 c i 0 0 0 0 式中Pi表示激光点的坐标；R0是三坐标测量机末端位姿，从三坐标测量机软件中获取；Ri是局部坐标系3相对于中间转换坐标系2的齐次变换矩阵，其中rz1，rx2分别是坐标系3绕坐标系2的z轴，x轴旋转角度，(ai，bi，ci)是坐标系3对坐标系2的平移向量，在对rz1、rx2、(ai，bi，ci)进行标定；5)计算法向量：用步骤4)求得的3个激光点坐标可以解出3个向量，再将其中任意2个向量叉乘即可得三点微平面法向量，公式如下： P 2 P 1 → = ( P x 1 - P x 2 , P y 1 - P y 2 , P z 1 - P z 2 ) P 2 P 3 → = ( P x 3 - P x 2 , P y 3 - P y 2 , P z 3 - P z 2 ) N → = P 2 P 1 → × P 2 P 3 → 计算得到的法向量应用于法向误差校正、法向姿态调整、法向检测。