一种cmm探针系统的标定方法及标定装置

文档序号:46974 发布日期:2021-09-28 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 一种cmm探针系统的标定方法及标定装置 (Calibration method and calibration device for CMM probe system ) 是由 国鑫 王辉 周烽 金春水 于 2021-06-23 设计创作,主要内容包括:本申请提供的CMM探针系统的标定方法及装置,在所述探针工作平台上安装激光传感器,所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处;在所述探针工作平台安装标准靶球,并通过调整三自由度运动平台,拟合出所述标准靶球位置;调整所述探针与所述标准靶球在不同方向触碰,使得所述激光传感器感知所述柔性片体的位移,以建立坐标变化方程组;通过最小二乘法拟合的方式,求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵,进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量,上述方法不必考虑探针球绝对位置以及方向,只需根据相对位置及方向确定被测物体的表面特征及几何特征,简化了标定复杂程度,可以有效的利用标准球测定探针的6个自由度位移变化,从而实现对测量坐标点测量,完成探针的快速标定工作。(According to the calibration method and device for the CMM probe system, a laser sensor is installed on a probe working platform, and a laser beam emitted by the laser sensor is aligned to the top point of a probe; installing a standard target ball on the probe working platform, and fitting the position of the standard target ball by adjusting the three-degree-of-freedom motion platform; adjusting the probe to touch the standard target ball in different directions, so that the laser sensor senses the displacement of the flexible sheet body to establish a coordinate change equation set; according to the method, the absolute position and the direction of a probe ball do not need to be considered, only the surface characteristic and the geometric characteristic of the measured object need to be determined according to the relative position and the direction, the calibration complexity is simplified, the standard ball can be effectively utilized to determine the displacement change of 6 degrees of freedom of the probe, the measurement of a measurement coordinate point is realized, and the rapid calibration work of the probe is completed.)

一种CMM探针系统的标定方法及标定装置

技术领域

本发明属于高精密三坐标测量系统,具体涉及一种CMM探针系统的标定方法及标定装置。

背景技术

应用于高精度三坐标测量系统的探针往往也需要较高的制造精度,此外标定探针时大多通过拟合球心与双目标定的方法,该种方法可以很好的标定出探针的实际球心位置、方向。但由于需要使用探针加工或测量的工作场合大都为精度要求较高的场合,需要频繁换高精度探针,因此需要多次进行高精度探针标定。而现有的探针标定过程又是一个比较繁琐、复杂的过程。

发明内容

鉴于此,有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种简化探针标定过程的CMM探针系统的标定方法及标定装置。

为解决上述问题,本发明采用下述技术方案:

一种CMM探针系统的标定方法,包括下述步骤:

提供一探针,所述探针安装在探针工作平台上,所述探针包括柔性片体;

在所述探针工作平台上安装激光传感器,所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处;

在所述探针工作平台安装标准靶球,并通过调整位于所述标准靶球正下方的三自由度运动平台,拟合出所述标准靶球位置;

调整所述探针与所述标准靶球在不同方向触碰,使得所述激光传感器感知所述柔性片体的位移,以建立坐标变化方程组;

通过最小二乘法拟合的方式,求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵,进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量。

在其中一些实施例中,所述激光传感器为三个,且以相互垂直分别安装于所述探针工作平台上。

在其中一些实施例中,所述激光传感器感知所述柔性片体的120度分布方向1微米处的位移。

在其中一些实施例中,所述探针工作平台上还安装平面反射镜,所述平面反射镜可将所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处。另外,本申请还提供了一种CMM探针系统的标定装置,包括:探针工作平台、安装于所述探针工作平台上的探针,所述探针包括柔性片体、安装于所述探针工作平台上的激光传感器,所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处、安装于所述探针工作平台上的标准靶球,通过调整三自由度运动平台,可拟合出所述标准靶球位置;

通过调整所述探针与所述标准靶球在不同方向触碰,使得所述激光传感器感知所述柔性片体的位移,以建立坐标变化方程组,通过最小二乘法拟合的方式,求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵,进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量。

在其中一些实施例中,所述激光传感器为三个,且以相互垂直分别安装于所述探针工作平台上。

在其中一些实施例中,所述激光传感器感知所述柔性片体的120度分布方向1微米处的位移。

在其中一些实施例中,所述探针工作平台上还安装平面反射镜,所述平面反射镜可将所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处。

本申请采用上述技术方案具备下述效果:

本申请提供的CMM探针系统的标定方法及装置,在所述探针工作平台上安装激光传感器,所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处;在所述探针工作平台安装标准靶球,并通过调整三自由度运动平台,拟合出所述标准靶球位置;调整所述探针与所述标准靶球在不同方向触碰,使得所述激光传感器感知所述柔性片体的位移,以建立坐标变化方程组;通过最小二乘法拟合的方式,求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵,进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量,上述方法不必考虑探针绝对位置以及方向,只需根据相对位置及方向确定被测物体的表面特征及几何特征,简化了标定复杂程度,可以有效的利用标准球测定探针的6个自由度位移变化,从而实现对测量坐标点测量,完成探针的快速标定工作。

此外,本申请将探针标定测量,转化为笛卡尔坐标系的坐标变化量,补偿至干涉仪中,因而探针在触碰中可以存在一定范围的波动,其结果不影响整体的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的CMM探针系统的标定方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例2提供的CMM探针系统的标定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。

实施例1

请参阅图1,为本申请实施例1提供的CMM探针系统的标定方法的步骤流程图,包括下述步骤:

步骤S110:提供一探针,所述探针安装在探针工作平台上,所述探针包括柔性片体;

步骤S120:在所述探针工作平台上安装激光传感器,所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处。

在其中一些实施例中,所述激光传感器为三个,且以相互垂直分别安装于所述探针工作平台上。

在其中一些实施例中,所述探针工作平台上还安装平面反射镜,所述平面反射镜可将所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处。

步骤S130:在所述探针工作平台安装标准靶球,并通过调整位于所述标准靶球正下方的三自由度运动平台,拟合出所述标准靶球位置。

步骤S140:调整所述探针与所述标准靶球在不同方向触碰,使得所述激光传感器感知所述柔性片体的位移,以建立坐标变化方程组。

在其中一些实施例中,所述激光传感器感知所述柔性片体的120度分布方向1微米处的位移。

步骤S150:通过最小二乘法拟合的方式,求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵,进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量。

可以理解,利用新标定的坐标变换矩阵,重复上述步骤S130-S150,以提高坐标变换矩阵的精度。

本申请提供的CMM探针系统的标定方法,不必考虑探针绝对位置以及方向,只需根据相对位置及方向确定被测物体的表面特征及几何特征,简化了标定复杂程度,可以有效的利用标准球测定探针的6个自由度位移变化,从而实现对测量坐标点测量,完成探针的快速标定工作。

此外,本申请将探针标定测量,转化为笛卡尔坐标系的坐标变化量,补偿至干涉仪中,因而探针在触碰中可以存在一定范围的波动,其结果不影响整体的精确度。

实施例2

请参阅图2,为本申请实施例2提供的CMM探针系统的标定装置的原理示意图,包括:探针工作平台、安装于所述探针工作平台上的探针,所述探针包括柔性片体、安装于所述探针工作平台上的激光传感器,所述激光传感器出射的激光光束照准在所述探针的顶点处、安装于所述探针工作平台上的标准靶球,通过调整三自由度运动平台,可拟合出所述标准靶球位置。

通过调整所述探针与所述标准靶球在不同方向触碰,使得所述激光传感器感知所述柔性片体的位移,以建立坐标变化方程组,通过最小二乘法拟合的方式,求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵,进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量。

在其中一些实施例中,所述激光传感器为三个,且以相互垂直分别安装于所述探针工作平台上。

图中A、B、C三部分代表着柔性片体部分,它们以120度方向分布,三个所述激光传感器感知柔性片体的位移。在主要步骤三的四个方向的碰撞,主要是值A、B、C、Z方向,位移向量分别为(1,0,0)、(0,0,-1)。

本申请提供的CMM探针系统的标定装置,不必考虑探针绝对位置以及方向,只需根据相对位置及方向确定被测物体的表面特征及几何特征,简化了标定复杂程度,可以有效的利用标准球测定探针的6个自由度位移变化,从而实现对测量坐标点测量,完成探针的快速标定工作。

此外,本申请将探针标定测量,转化为笛卡尔坐标系的坐标变化量,补偿至干涉仪中,因而探针在触碰中可以存在一定范围的波动,其结果不影响整体的精确度。

以上仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。

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