接触式测量测针球头半径精密补偿方法与流程

本发明属于复杂自由空间曲面接触式检测技术领域，特别涉及一种接触式测量测针球头半径精密补偿方法。

背景技术：

接触式测量方法在物体型面检测上应用广泛。如在直线位移传感器中，利用可伸缩接触式测针检测目标位置；在三坐标测量机中，利用接触式测针检测物体的复杂曲面。但利用接触式测针进行检测存在一个固有问题，即测针球头半径补偿。由于测针的检测端部均为球头，测量系统只能记录球头的球心位置，需进行半径补偿后才可以获得检测面上的实际位置。由于复杂曲面上的检测点法矢量与测针逼近的方向不一致，因此无法确定测针与检测表面实际接触点的位置，补偿困难。

现有方法中有根据得到的测针球心所在位置沿测针逼近方向偏置球头半径值，得到目标检测点位置。该方法要求目标检测点处的法矢量与测针逼近的方向一致，多用于平面的检测。

对已知参数的曲面进行检测，可以求解出目标检测点处的法矢量，根据计算出的法矢量对测针检测数据进行等径偏移，得到目标检测点的位置。该方法检测精度高，但只能用于对已知参数的曲面检测。

对于未知参数的复杂曲面检测，现有的方式是：首先利用检测得到的某测点测针球心位置以及其相邻测点测针球心位置信息，通过拟合的方式得到局部的曲线或曲面，再求出曲线或曲面在该检测点处的法矢量，最后以测点的球心位置沿所求法矢量方向偏置球头的半径值得到实际检测点的位置。该方法中检测点处的法矢量与通过拟合曲线或曲面得出的法矢量不同，采用拟合的方式不一定能够如实的反应检测表面的实际状态，因此该方法检测精度较低，可靠性不足，特别对复杂自由空间曲面的检测，难以满足检测精度要求。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明提出了一种接触式测量测针球头半径精密补偿方法，用于解决现有接触式测量中测针球头半径补偿存在的问题。

本发明为了实现上述目的，提出的一种接触式测量测针球头半径精密补偿方法，包括如下步骤：

(1)使用两个测针对同一目标点ps进行测量，所述的两个测针分别为测针1和测针2，所述测针1的测针球头半径r1与所述测针2的测针球头半径r2不相等；

(2)利用所述测针1对目标点ps进行第一次检测，获得所述测针1的检测值l1，l1为测针1的测针球心o1所在位置；

(3)利用所述测针2对目标点ps进行第二次检测，获得所述测针2的检测值l2，l2为测针2的测针球心o2所在位置；

(4)基于所述测针1和测针2对同一目标点ps两次检测值l1和l2，以及所述测针1和测针2的测针球头半径r1和r2，并在所述测针球头半径r1和r2不相等的基础上，计算出目标点ps的位置值ls，计算方法为：

上述计算方法还可以是：

上述使用两个测针对同一目标点ps进行测量，需保证在检测同一目标点ps时，所述测针1和测针2的测针轴线矢量在待检测面的坐标系中相同；在此条件下，所述测针1和测针2在空间上可以布置于不同的检测位置。

本发明的有益效果是：本发明采用非等球头半径的两个测针代替传统的单测针检测方式进行测量，最终目标点的检测值由两个测针的测量值直接计算获得。计算过程简单，效率高，有效地解决了未知参数的复杂空间曲面检测时球头半径补偿的问题，大大提高了接触式测量方法的检测精度和可靠性。

附图说明

图1为两个测针检测示意图。

图2为图1中测测针与待检测面接触处放大图。

图3为具体实施中两测针以固定间距平行布置示意图。

图4为具体实施中两测针以固定角度布置示意图。

图中标记为，1—测针1，2—测针2，3—待检测面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，球头半径为r1的测针1(1)与球头半径为r2的测针2(2)沿相同方向逼近待检测面(3)，要求球头半径r1与r2值不相等。若球头半径r1与r2相等，两个测针的测量值在理论上将相同，无法实现本发明的计算方法。

图2为图1测针与待检测面(3)接触处放大图，由图可知，测针1(1)与待检测面(3)在p1点接触，测针2(2)与待检测面(3)在p2点接触，测针逼近方向与待检测面(3)交于ps点；由于测针尺寸较小，可将待检测面(3)与测针接触的局部范围近似看作平面，即点p1,p2,ps共线；同时待检测面(3)在点p1,p2处的法矢量近似平行。基于以上假设，以及检测系统获得的检针1(1)测针球心o1所在位置l1，检针2(2)测针球心o2所在位置l2，可求得测针1(1)和测针2(2)的测针球心距离差值δl，测针球头半径差值δr。由此，可获得测针和待检测面(3)的接触点方向与测针逼近方向的夹角θ。通过以上已知值结合图2所示的几何关系，易得出测针逼近方向与待检测面(3)交点ps，即检测目标点的位置ls，利用o2位置计算为，

利用o1位置计算为，

在具体实施中，所述测针1(1)和测针2(2)的测针轴线矢量在待检测面(3)的坐标系中相同的情况下，两个测针位置可以灵活布置。如图3所示，为间隔固定距离t平行布置的测针1(1)和测针2(2)对待检测面(3)进行检测，两个测针的轴线矢量与待检测面(3)中坐标系x轴方向始终保持一致。如图4所示，为绕固定点旋转角度α布置的测针1(1)和测针2(2)，可对回转的轴类物体进行检测。测针1(1)的轴线矢量与待检测面(3)中坐标系x1轴平行时，测针1(1)检测目标点pi；当目标点pi旋转α角度到达pi′位置时，测针2(2)对目标点进行检测，此时测针2(2)的轴线矢量与待检测面(3)中坐标系x2轴平行；可见对于同一目标检测点pi，测针1(1)和测针2(2)的轴线矢量在待检测面(3)坐标系中相同，满足两个测针的位置布置条件。

综上，本发明典型的实施方式如下：

根据检测要求合理布置测针1(1)和测针2(2)的位置。

利用测针1(1)对目标点进行第一次检测，获取测针1(1)球心位置的检测数据。

利用测针2(2)对目标点进行第二次检测，获取测针2(2)球心位置的检测数据。

利用本发明所述方法进行测针球头半径补偿计算，获得待检测面(3)上检测目标点的位置值。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。倘若本发明的这些修改和变形属于本发明的权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变形在内。