专利名称：针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法
技术领域：
本发明涉及测针位置监控方法，尤其涉及针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法。
背景技术：
对于使用机械触发测头的坐标测量机，在对被测要素进行接触测量之前，必须先对测针进行定位，而这个步骤是由操作人员实施。以测量孔的内径为例子，测量前，操作人员要把测针定位到被测孔的正上方，然后测针才能伸进被测孔进行测量。操作人员定位的依据有两个一是人眼观察，二是被测件的定位基准。在测量对象是直径小于Imm的微小孔的情况下，所用测针端部直径与微小孔直径相差在Imm以下，这时靠人眼观察是不可靠的。 当定位基准难以准确获取，或者被测件的制造误差超差时，测针就不能准确的定位在被测孔的正上方。当测针的定位误差偏大时，测针伸进被测孔的过程中，会与被测件发生碰撞。 由于测量的是微小孔，所使用的测针也是非常细小的，一旦在非测量过程中发生碰撞，就会致使测针损毁。目前国内企业仍无法生产性能优良的高精度接触式测针，每年用于向国外企业购买测针的花费很高，所以有必要提高测针使用寿命，降低成本。现有的测针防撞保护装置主要是针对测针工作在测量状态中与待测工件接触时作用力过大而设计的，例如英国Renishaw公司生产的带有零触力保护装置的测头。但对于非测量状态下测针与被测件的接触，目前尚无很好的解决方法，通常是在三维坐标测量机工作时由相关技术人员在旁边观察，在误碰撞发生前及时使设备停止运行。这种方法费时费力，而且多数情况是当设备停止运行时测针已经损毁。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能快速的确定被测小孔的位置，自动进行测针定位，并且能方便地监测测针和微小孔的位置，有效防止测针损毁的针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法。本发明的针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法，它包括以下步骤(1)将待测工件固定在工装上，在三坐标测量机的Z轴上安装光源实现对安装在三坐标测量机Z轴上的测针和待测工件上的小孔的照明，在位于工装内部的三坐标测量机的工作台上放置用于对测针和小孔成像的摄像机，摄像机放置在用于固定和调整摄像机位置的调整座上，调整座和工装固定在三坐标测量机的工作台上；(2)将三坐标测量机的Z轴移动到被测孔上方，使光源在工作距离范围内，然后使用摄像机拍摄小孔的小孔图像，摄像机将小孔图像输出给计算机进行图像处理，得到小孔的中心位置和半径，然后以小孔的中心坐标为依据，通过三坐标测量机的控制系统将测针移动到小孔的正上方；(3)在测针伸进小孔之前，通过摄像机拍摄获取测针红宝石端部的图像，摄像机将测针图像输出给计算机进行测针图像处理，得到测针端部的中心位置，通过小孔的中心位置和半径，以及测针端部的中心位置和预设的测针端部半径这四个信息，就可以判断出测针是否会与小孔发生碰撞。本发明的有益效果是1.能快速定位小孔，并且自动通过控制系统将测针移到小孔的正上方，提高测量效率。2.通过系统对小孔和测针进行定位，确保测针定位的准确性，避免了测针在伸进小孔过程中发生的碰撞，有效保护了测针。3.对微小孔和测针进行了光学放大，方便操作人员进行观察。
图1是本发明的针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法采用的测试结构示意图；图2是图1所示的结构的I处放大图；图3是图1所示的结构中的光源的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。本发明的针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法，它包括以下步骤 (1)将待测工件103固定在工装104上，在三坐标测量机的Z轴101上安装光源102实现对安装在三坐标测量机Z轴上的测针201和待测工件上的小孔202的照明，在位于工装 104内部的三坐标测量机的工作台上放置用于对测针201和小孔202成像的摄像机105， 摄像机105放置在用于固定和调整摄像机105位置的调整座106上，调整座106和工装 104固定在三坐标测量机的工作台107上；( 将三坐标测量机的Z轴101移动到被测孔202上方，使光源102在工作距离范围内，然后使用摄像机105拍摄小孔202的小孔图像，摄像机将小孔图像输出给计算机进行图像处理，得到小孔202的中心位置(χ。，y0)和半径r。，然后以小孔202的中心坐标为依据，通过三坐标测量机的控制系统将测针201移动到小孔202的正上方；(3)在测针201伸进小孔202之前，通过摄像机105拍摄获取测针201红宝石端部的图像，摄像机将测针图像输出给计算机进行测针图像处理，得到测针 201红宝石端部的中心位置(χ。，yc)。测针201红宝石端部的中心与小孔202的中心距离
d = V(X0-Xc)2+U。如果d ^ r0-r0- ε，则说明测针处在安全范围内，其中r。是测针
的半径值，ε是用户设定的安全系数，取值区间为(0，r。-r。)优选的所述的光源是由外壳301和环形LED发光二极管阵列302构成并且在环形上的一处安装有毛玻璃303，在所述的步骤( 中光源的毛玻璃303部分对准小孔进行背光照明。在本方法中应把摄像机105的对焦平面调整至工件103的上表面处，使小孔202 和测针103都能获得较清晰的图像。所述摄像机105，应通过调整座106调整，使所得图像的长、宽方向分别与三坐标测量机的X、Y方向尽量平行，以方便操作人员观察，并且使小孔202处在图像的中心。所述摄像机105，应在安装完成后进行标定，建立摄像机坐标系与机器坐标系之间的联系。采用本方法可以将图像显示在计算机的屏幕上，方便操作人员观察。实施例1将待测工件103固定在工装104上，在三坐标测量机的Z轴101上安装光源102 实现对安装在三坐标测量机Z轴上的测针201和待测工件上的小孔202的照明，在位于工装104内部的三坐标测量机的工作台上放置用于对测针201和小孔202成像的摄像机105， 摄像机105放置在用于固定和调整摄像机105位置的调整座106上，调整座106和工装104 固定在三坐标测量机的工作台107上；( 将三坐标测量机的Z轴101移动到被测孔202 上方，光源是由环形LED发光二极管阵列302构成并且在环形上的一处安装有毛玻璃303， 使光源102在工作距离范围内，并使光源的毛玻璃303部分对准小孔进行背光照明，然后使用摄像机105拍摄小孔202的小孔图像，摄像机将小孔图像输出给计算机进行图像处理， 得到小孔202的中心位置(x0, y。)= (325. 123,201. 020)和半径r。= 0. 34mm，然后以小孔 202的中心坐标(χ。，y。)为依据，通过三坐标测量机的控制系统将测针201移动到小孔202 的正上方；(3)在测针201伸进小孔202之前，通过摄像机105拍摄获取测针201红宝石端部的图像，摄像机将测针图像输出给计算机进行测针图像处理，得到测针201红宝石端部的中心位置(χ。，yc) = (325. 130,201. 011)。测针201红宝石端部的中心与小孔202的中
心距离 / = Λ/(χ0 _xc)2 +(y0 __yc)2 =0.011。rc 是 0· 15讓，取 ε = 0· 1 讓，则 d < r。-!·。-ε =
0. 09mm,说明测针处在安全范围内。采用本方法，提高了测量效率，避免了测针在伸进小孔过程中发生的碰撞，有效保护了测针。对微小孔和测针进行了光学放大，方便操作人员进行观察。
权利要求
1.针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法，其特征在于它包括以下步骤(1)将待测工件固定在工装上，在三坐标测量机的Z轴上安装光源实现对安装在三坐标测量机Z轴上的测针和待测工件上的小孔的照明，在位于工装内部的三坐标测量机的工作台上放置用于对测针和小孔成像的摄像机，摄像机放置在用于固定和调整摄像机位置的调整座上，调整座和工装固定在三坐标测量机的工作台上；(2)将三坐标测量机的Z轴移动到被测孔上方，使光源在工作距离范围内，然后使用摄像机拍摄小孔的小孔图像，摄像机将小孔图像输出给计算机进行图像处理，得到小孔的中心位置和半径，然后以小孔的中心坐标为依据，通过三坐标测量机的控制系统将测针移动到小孔的正上方；(3)在测针伸进小孔之前，通过摄像机拍摄获取测针红宝石端部的图像，摄像机将测针图像输出给计算机进行测针图像处理，得到测针端部的中心位置，通过小孔的中心位置和半径，以及测针端部的中心位置和预设的测针端部半径这四个信息，就可以判断出测针是否会与小孔发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法，其特征在于所述的光源是由环形LED发光二极管阵列构成并且在环形上的一处安装有毛玻璃， 在所述的步骤O)中光源的毛玻璃部分对准小孔进行背光照明。
全文摘要
本发明公开了针对微小孔的接触式坐标测量机测针位置监控方法，它包括以下步骤(1)将待测工件固定在工装上，在测量机的Z轴上安装光源，在位于工装内部的测量机的工作台上放置用于对测针和小孔成像的摄像机；(2)将测量机的Z轴移动到被测孔上方，使用摄像机拍摄小孔的小孔图像，摄像机将小孔图像输出给计算机进行图像处理，得到小孔的中心位置和半径，然后以小孔的中心坐标为依据，通过测量机的控制系统将测针移动到小孔的正上方；(3)在测针伸进小孔之前，通过摄像机拍摄获取测针红宝石端部的图像，摄像机将测针图像输出给计算机进行测针图像处理，得到测针端部的中心位置。采用本方法提高了测量效率，有效保护了测针。
文档编号G01B21/00GK102338626SQ201110183060
公开日2012年2月1日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者李醒飞, 谭文斌, 陈诚, 黎春宇 申请人:天津大学