[发明专利]一种不同非接触式测头测量数据的对齐方法

摘要

本发明是一种不同非接触式测头测量数据的对齐方法，所述对齐方法是将三轴多测头非接触坐标测量设备中不同测头的测量数据转换到同一个空间坐标系下的方法，所述三轴多测头非接触坐标测量设备上安装了两个非接触式测头，分别为非接触式测头Ⅰ(1)和非接触式测头Ⅱ(2)，该方法在使用复合坐标测量设备上的不同非接触测头测量同一个工件上的不同点时，可以直接将各个点的坐标对齐到同一个坐标系下，给坐标测量数据的使用带来方便。 1

主权项

1.一种不同非接触式测头测量数据的对齐方法，所述对齐方法是将三轴多测头非接触坐标测量设备中不同测头的测量数据转换到同一个空间坐标系下的方法，所述三轴多测头非接触坐标测量设备上安装了两个非接触式测头，分别为非接触式测头Ⅰ(1)和非接触式测头Ⅱ(2)，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、在测量设备台体(3)上固定标准球(5)，标准球(5)的半径为R；步骤二、用非接触式测头Ⅰ(1)对标准球(5)的表面进行采点测量，采点数为8个，记录该8个点对应的机床示值坐标和测头输出值，所述8个点的选择应满足以下要求：2.1采前4个点时，保持测头输出值相等为L1，记录前4个点的机床示值坐标为：(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)；2.2采后4个点时，保持测头输出值相等为L2，并且L2大于L1，记录后4个点的机床示值坐标为：(x5,y5,z5)、(x6,y6,z6)、(x7,y7,z7)、(x8,y8,z8)；步骤三、用(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)计算得到球心坐标a(x9,y9,z9)，计算方法如下：3.1根据球面方程得到四个联立方程：(x1–x9)2+(y1–y9)2+(z1–z9)2＝R2     式1(x2–x9)2+(y2–y9)2+(z2–z9)2＝R2     式2(x3–x9)2+(y3–y9)2+(z3–z9)2＝R2     式3(x4–x9)2+(y4–y9)2+(z4–z9)2＝R2     式43.2通过对式1～式4的转换，得到以下3个方程：(x1–x9)2+(y1–y9)2+(z1–z9)2＝(x2–x9)2+(y2–y9)2+(z2–z9)2  式5(x3–x9)2+(y3–y9)2+(z3–z9)2＝(x4–x9)2+(y4–y9)2+(z4–z9)2  式6(x1–x9)2+(y1–y9)2+(z1–z9)2＝(x3–x9)2+(y3–y9)2+(z3–z9)2   式73.3将式5～式7展开整理后得到下列3个方程：(x12–2x1x9+y12–2y1y9+z12–2z1z9)＝(x22–2x2x9+y22–2y2y9+z22–2z2z9)     式8(x32–2x3x9+y32–2y3y9+z32–2z3z9)＝(x42–2x4x9+y42–2y4y9+z42–2z4z9)     式9(x12–2x1x9+y12–2y1y9+z12–2z1z9)＝(x32–2x3x9+y32–2y3y9+z32–2z3z9)     式103.4通过求解式8～式10联立的三元一次方程组，得到x9、y9、z9的数值；步骤四、采用步骤三中的计算方法，用(x5,y5,z5)、(x6,y6,z6)、(x7,y7,z7)、(x8,y8,z8)计算得到球心坐标b(x10,y10,z10)；步骤五、球心坐标b到球心坐标a的矢量m1表示为(x9–x10,y9–y10,z9–z10)，矢量m1归一化后的矢量n1表示为(i1,j1,k1)；步骤六、用非接触式测头Ⅱ(2)对标准球(5)的表面进行采点测量，采点数为8个，记录该8个点对应的机床示值坐标和测头输出值，所述8个点的选择应满足以下要求：6.1采前4个点时，保持测头输出值相等为L3，记录前4个点的机床示值坐标为：(x11,y11,z11)、(x12,y12,z12)、(x13,y13,z13)、(x14,y14,z14)；6.2采后4个点时，保持测头输出值相等为L4，并且L4大于L3，记录后4个点的机床示值坐标为：(x15,y15,z15)、(x16,y16,z16)、(x17,y17,z17)、(x18,y18,z18)；步骤七、采用步骤三中的计算方法，用(x11,y11,z11)、(x12,y12,z12)、(x13,y13,z13)、(x14,y14,z14)计算得到球心坐标c(x19,y19,z19)；步骤八、采用步骤三中的计算方法，用(x15,y15,z15)、(x16,y16,z16)、(x17,y17,z17)、(x18,y18,z18)计算得到球心坐标d(x20,y20,z20)；步骤九、球心坐标d到球心坐标c的矢量m2表示为(x19–x20,y19–y20,z19–z20)，矢量m2归一化后的矢量n2表示为(i2,j2,k2)；步骤十、球心坐标c到球心坐标a的矢量p表示为(x9–x19,y9–y19,z9–z19)；步骤十一、在测量设备台体(3)上固定被测工件(4)，用非接触式测头Ⅰ(1)采集被测工件(4)表面上一个点pt1，记录机床示值坐标(x21,y21,z21)和非接触式测头Ⅰ(1)测头输出值L5；用非接触式测头Ⅱ(2)采集被测工件(4)表面上另一个点pt2，记录机床示值坐标(x22,y22,z22)和非接触式测头(2)的测头输出值L6；步骤十二、将L5、L1、矢量n1(i1,j1,k1)和坐标(x21,y21,z21)采用如下公式进行计算，获取点pt1的空间坐标e，计算公式如下：e＝((L5–L1)i1+x21，(L5–L1)j1+y21,(L5–L1)k1+z21)     式11；步骤十三、将L6、L3、矢量n2(i2,j2,k2)、坐标(x22,y22,z22)和矢量p(x9–x19,y9–y19,z9–z19)采用如下公式进行计算，获取点pt2的空间坐标f，计算公式如下：f＝((L6–L3)i2+x22+x9–x19，(L6–L3)j2+y22+y9–y19,(L6–L3)k2+z22+z9–z19)       式12；所述空间坐标e、空间坐标f即为非接触式测头Ⅰ(1)和非接触式测头Ⅱ(2)的测量数据在同一个坐标系下对齐的测量结果。