| 主权项 |
一种三轴坐标测量设备的不同测头测量数据的对齐方法，所述对齐方法是将三轴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，所述三轴坐标测量设备上既安装了接触式测头(1)，也安装了非接触式测头(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、用接触式测头(1)对标准球(5)的表面进行触发采点，采点数为4个，记录该4个点对应的机床示值坐标，分别为(x<sub>1</sub>,y<sub>1</sub>,z<sub>1</sub>)、(x<sub>2</sub>,y<sub>2</sub>,z<sub>2</sub>)、(x<sub>3</sub>,y<sub>3</sub>,z<sub>3</sub>)、(x<sub>4</sub>,y<sub>4</sub>,z<sub>4</sub>)；步骤三、用(x<sub>1</sub>,y<sub>1</sub>,z<sub>1</sub>)、(x<sub>2</sub>,y<sub>2</sub>,z<sub>2</sub>)、(x<sub>3</sub>,y<sub>3</sub>,z<sub>3</sub>)、(x<sub>4</sub>,y<sub>4</sub>,z<sub>4</sub>)计算得到球心坐标a（x<sub>0</sub>,y<sub>0</sub>,z<sub>0</sub>），计算方法如下：3.1根据球面方程得到四个联立方程：(x<sub>1</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>1</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>1</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=R<sup>2</sup> 式1(x<sub>2</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>2</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>2</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=R<sup>2</sup> 式2(x<sub>3</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>3</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>3</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=R<sup>2</sup> 式3(x<sub>4</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>4</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>4</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=R<sup>2</sup> 式43.2通过对式1～式4的转换，得到以下3个方程：(x<sub>1</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>1</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>1</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=(x<sub>2</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>2</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>2</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup> 式5(x<sub>3</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>3</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>3</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=(x<sub>4</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>4</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>4</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup> 式6(x<sub>1</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>1</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>1</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup>=(x<sub>3</sub>－x<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(y<sub>3</sub>－y<sub>0</sub>)<sup>2</sup>+(z<sub>3</sub>－z<sub>0</sub>)<sup>2</sup> 式73.3将式5～式7展开整理后得到下列3个方程：(x<sub>1</sub><sup>2</sup>–2x<sub>1</sub>x<sub>0</sub>+y<sub>1</sub><sup>2</sup>–2y<sub>1</sub>y<sub>0</sub>+z<sub>1</sub><sup>2</sup>–2z<sub>1</sub>z<sub>0</sub>)=(x<sub>2</sub><sup>2</sup>–2x<sub>2</sub>x<sub>0</sub>+y<sub>2</sub><sup>2</sup>–2y<sub>2</sub>y<sub>0</sub>+z<sub>2</sub><sup>2</sup>–2z<sub>2</sub>z<sub>0</sub>) 式8(x<sub>3</sub><sup>2</sup>–2x<sub>3</sub>x<sub>0</sub>+y<sub>3</sub><sup>2</sup>–2y<sub>3</sub>y<sub>0</sub>+z<sub>3</sub><sup>2</sup>–2z<sub>3</sub>z<sub>0</sub>)=(x<sub>4</sub><sup>2</sup>–2x<sub>4</sub>x<sub>0</sub>+y<sub>4</sub><sup>2</sup>–2y<sub>4</sub>y<sub>0</sub>+z<sub>4</sub><sup>2</sup>–2z<sub>4</sub>z<sub>0</sub>) 式9(x<sub>1</sub><sup>2</sup>–2x<sub>1</sub>x<sub>0</sub>+y<sub>1</sub><sup>2</sup>–2y<sub>1</sub>y<sub>0</sub>+z<sub>1</sub><sup>2</sup>–2z<sub>1</sub>z<sub>0</sub>)=(x<sub>3</sub><sup>2</sup>–2x<sub>3</sub>x<sub>0</sub>+y<sub>3</sub><sup>2</sup>–2y<sub>3</sub>y<sub>0</sub>+z<sub>3</sub><sup>2</sup>–2z<sub>3</sub>z<sub>0</sub>) 式103.4通过求解式8～式10联立的三元一次方程组，得到x<sub>0</sub>、y<sub>0</sub>、z<sub>0</sub>的数值；步骤四、用非接触式测头(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：4.1采前4个点时，保持测头输出值相等为L<sub>1</sub>，记录前4个点的机床示值坐标为：(x<sub>5</sub>,y<sub>5</sub>,z<sub>5</sub>)、(x<sub>6</sub>,y<sub>6</sub>,z<sub>6</sub>)、(x<sub>7</sub>,y<sub>7</sub>,z<sub>7</sub>)、(x<sub>8</sub>,y<sub>8</sub>,z<sub>8</sub>)；4.2采后4个点时，保持测头输出值相等为L<sub>2</sub>，并且L<sub>2</sub>大于L<sub>1</sub>，记录后4个点的机床示值坐标为：(x<sub>9</sub>,y<sub>9</sub>,z<sub>9</sub>)、(x<sub>10</sub>,y<sub>10</sub>,z<sub>10</sub>)、(x<sub>11</sub>,y<sub>11</sub>,z<sub>11</sub>)、(x<sub>12</sub>,y<sub>12</sub>,z<sub>12</sub>)；4.3采用步骤三中的计算方法，用(x<sub>5</sub>,y<sub>5</sub>,z<sub>5</sub>)、(x<sub>6</sub>,y<sub>6</sub>,z<sub>6</sub>)、(x<sub>7</sub>,y<sub>7</sub>,z<sub>7</sub>)、(x<sub>8</sub>,y<sub>8</sub>,z<sub>8</sub>)计算得到球心坐标b（x<sub>13</sub>,y<sub>13</sub>,z<sub>13</sub>）；4.3采用步骤三中的计算方法，用(x<sub>9</sub>,y<sub>9</sub>,z<sub>9</sub>)、(x<sub>10</sub>,y<sub>10</sub>,z<sub>10</sub>)、(x<sub>11</sub>,y<sub>11</sub>,z<sub>11</sub>)、(x<sub>12</sub>,y<sub>12</sub>,z<sub>12</sub>)计算得到球心坐标c（x<sub>14</sub>,y<sub>14</sub>,z<sub>14</sub>）；步骤五、球心坐标c到球心坐标b的矢量m表示为(x<sub>13</sub>－x<sub>14</sub>,y<sub>13</sub>－y<sub>14</sub>,z<sub>13</sub>－z<sub>14</sub>)，矢量m归一化后的矢量n表示为(i,j,k)，球心坐标b到球心坐标a的矢量p表示为(x<sub>0</sub>－x<sub>13</sub>,y<sub>0</sub>－y<sub>13</sub>,z<sub>0</sub>－z<sub>13</sub>)；步骤六、在测量设备台体(3)上固定被测工件(4)，用接触式测头(1)采集被测工件(4)表面上一个点pt<sub>1</sub>，记录机床示值坐标(x<sub>15</sub>,y<sub>15</sub>,z<sub>15</sub>)；用非接触式测头(2)采集被测工件(4)表面上另一个点pt<sub>2</sub>，记录机床示值坐标(x<sub>16</sub>,y<sub>16</sub>,z<sub>16</sub>)和非接触式测头(2)的测头输出值L<sub>3</sub>；步骤七、机床示值坐标(x<sub>15</sub>,y<sub>15</sub>,z<sub>15</sub>)进行测头半径补偿后作为点pt<sub>1</sub>的空间坐标e；步骤八、将L<sub>3</sub>、L<sub>1</sub>、矢量n(i,j,k)、坐标(x<sub>16</sub>,y<sub>16</sub>,z<sub>16</sub>)和矢量p(x<sub>0</sub>－x<sub>13</sub>,y<sub>0</sub>－y<sub>13</sub>,z<sub>0</sub>－z<sub>13</sub>)采用如下公式进行计算，获取点pt<sub>2</sub>的空间坐标f，计算公式如下：f=((L<sub>3</sub>－L<sub>1</sub>)i+x<sub>16</sub>+x<sub>0</sub>－x<sub>13</sub>，(L<sub>3</sub>－L<sub>1</sub>)j+y<sub>16</sub>+y<sub>0</sub>－y<sub>13</sub>,(L<sub>3</sub>－L<sub>1</sub>)k+z<sub>16</sub>+z<sub>0</sub>－z<sub>13</sub>) 式11；所述空间坐标e、空间坐标f即为接触式测头(1)和非接触式测头(2)的测量数据在同一个坐标系下的对齐的测量结果。 |
