一种使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量３Ｄ轮廓面的方法技术

本发明专利技术公开一种使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量３Ｄ轮廓面的方法，所述方法包括：根据３Ｄ轮廓面建立空间测量坐标系；设定覆盖３Ｄ轮廓的测量范围；关闭测针半径补偿，使测针沿垂直于轮廓投影面的矢量方向测量；在该空间曲面上采集四个测量点，使其中３个测量点构建微型三角形，该三角形的３个顶点在测量坐标系投影面内形成正三角形，另１个测量点Ｐ的投影点为该正三角形中心Ｍ；计算出这３个测量点组成的微型三角形平面的法向矢量Ｖ１；启动测针半径补偿，以该Ｐ点为测量目标点，以Ｖ１为测针趋近和补偿方向测量该３Ｄ轮廓面；依此类推，完成３Ｄ轮廓面的测量。本发明专利技术可用于大范围、复杂轮廓的３Ｄ轮廓面测量，具有测量精度高并且测量效率高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化测量
，尤指是一种3D轮廓面的测量方法。是一种关于用触发式测头在三坐标测量机上，启动测针半径补偿使用测针中心坐标和矢量补偿技术精密测量3D轮廓面的测量方法或软件；本专利技术适用于烟草机械零部件中存在3D轮廓面的计量测试及逆向工程；同时也适用于我国机械制造业如模具，汽车行业等异型件的3D轮廓面测量及逆向工程等。
技术介绍
在用触发式测头在三坐标测量完成空间曲线面的计量测试中，关键技术就是如何补偿测针半径值，补偿测针半径的关键是计算3D轮廓面上所测点的法线矢量；在测量逆向工程中，对任意空间曲线面，没有数学方程式，则不能应用微积分中的偏导数计算所测量点法线矢量的方向余弦，因此，在测量机上对任意3D轮廓面的测量都较难，各国科学家为此付出众多心血做研究，这些成果具体体现在数据处理方面，有的体现在测量系统设计方面，如PC-匿IS等。空间曲线面的测试和制造水平，能反映出一个国家基础工业的科技水平。在三坐标测试领域，如果测量空间曲面时，关闭测量半径补偿，则获取的数据是测针中心坐标值，因此要有高的数据处理水平和高的CAD/CAM应用能力才能完成轮廓面的生成，一般测试人员很难达到这样的理论水平和应用能力，尤其对于任意的3D轮廓面，完成等距曲面的难度更大；若启动测针半径补偿，其测量理论要求测针沿着所测点的法向矢量趋近测量，否则将产生较大测量误差。因此，在三坐标测量技术中，精密测量任意几何元素，都必须作测针半径补偿，测针必须沿着所测量点的法线无障碍地趋近测量点测量，并在该法线矢量上做测针半径补偿，如图l，为测量空间曲面M上的点A示意图，P为A点切平面，N为A点法线，除沿N的矢量VI以外的任何矢量测量A点，如V2、 V3，都将产生测针半径补偿误差，该误差是系统误差。因此，要完成法向矢量的计算才能保证测量的准确性。 此外，在计量测试行业，测量3D轮廓面的方法很多，如用于外形零部件轮廓扫描的CCD光学测头、激光扫描系统等，其测量精度虽不很高，但效率非常高，常用于汽车行业；也有用于3D轮廓测量的高精度轮廓仪，虽然精度接近纳米级，但测量范围小，应用范围窄；在测量机上也有用SP600接触扫描测头，但要具备相关测量系统和应用软件。实际上，在三坐标测量技术中，最常使用的是触发式测头，如TP200等等，因此，在3D轮廓扫描中，解决测针半径补偿技术，对空间曲线面的测量有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量3D轮廓面的方法，它使用了测针半径补偿的方法直接测量轮廓面，获得轮廓面坐标数据，并且有高的测量准确度，如选择合适的参数，测量精度可达微米级。 本专利技术完成测量程序的设计、数据组文件的生成，并可将其直接导入CAD/CAM系统完成测量逆向工程，高效率完成从测量到CNC机床的制造，实施3D轮廓面无图纸化生产。 本专利技术的目的是这样实现的，使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量3D轮廓面的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)根据3D轮廓面建立空间测量坐标系，设定覆盖3D轮廓的测量范围； (2)关闭测针半径补偿，使测针沿垂直于轮廓投影面的矢量方向测量； (3)在该3D轮廓面上采集四个测量点，使其中3个测量点构成微型三角形，该微形三角形的3个顶点在测量坐标系投影面内为正三角形，另1个测量点P的投影点M为该正三角形的中心，该正三角形的高为d; (4)计算出3D轮廓面上该微型三角形平面的法向矢量V1 ; (5)启动测针半径补偿，以该P点为测量目标点，以该法向矢量V1为测针趋近方向测量P点的坐标值； (6)重复步骤(2)-(5)，每完成一个新的正三角形构建，则测量其P坐标，直至3D轮廓面测量完毕。 按上述方法测量3D轮廓面的方法还包括，在测量机设计程序中输入d值参数、测量第一点和终点坐标，则测量机执行自动测量，输入方式可以人工通过键盘输入，也可以通过测量机人工采集测量起点和终点自动输入。 按上述方法测量3D轮廓面的方法还包括，数据文件生成，该方法一次性生成3条测针轨迹曲线和1条轮廓轨迹曲线，其数据文件格式符合专用软件的格式，能导入的CAD/CAM等软件，实现测量逆向工程； 所述使用正三角形的d值由测量机通过标准球实验确定最佳取值范围； 所述的3D轮廓面的测量方法，其特征在于使用等距测量法，即测量该空间曲面，在构建投影面内形成正三角形的过程中，在坐标系投影面内，该多个正三角形的对应顶点中的其中一点坐标值变化量为等距离变化，该其中一点坐标值的坐标轴可以是x、y或z轴。 本专利技术的有益效果为该方法采用微型三角形在空间曲面上的构建及其法线矢量计算法，所构建微型三角形在投影面内为正三角形在测量机编程条件下易实现，并且完成了空间曲面上所测点的法线矢量及方向余弦的计算，启动了测针半径补偿时，利用等距测量法测量3D轮廓面，因此，测量效率和精度较高。本专利技术能广泛应用于烟机零件中3D轮廓面的精密测量和制造；也能用于机械制造如模具制造中的测量逆向工程、计量检定及其复杂零件轮廓的测量和加工，如异型件，它和CAD/CAM结合，在烟草行业，能扩大烟配件的制造范围和提高制造质量，若再结合到多维NC机床，则3D扫描轮廓的程序设计，能推动制造技术的信息化发展。程序经过标准球实验，选择合适的d值，测量精度可达微米级，即实验精度可达平均偏差0. 001mm以内，对应标准偏差在0. 002mm以内；该程序或方法使用方便，只需输入测量第一点或终点参数，则执行自动测量，输入方式可以人工通过键盘输入，也可以通过测量机人工采集测量第一点和终点坐标值，程序自动计算参数执行，提高效率。由于三坐标测量机有大的空间测量范围，多的测头空间位置，所以，该专利技术可用于大范围的3D轮廓面扫描。 本专利技术适用于复杂轮廓，机械制造业中模具表面轮廓的测量，如烟草行业烟机配件中等。附图说明 图1是测量空间曲面M上一点A的示意图； 图2是3D轮廓面的法线、微型三角形的构建、正三角形的形成示意图； 图3是用等距法测量3D轮廓及构建正三角形测量重心示意图； 图4是用VI以P点为目标点测量空间曲面S的示意图。 图5是程序应用于烟草机械中3D轮廓面的测量或检验示意图； 图6是测量图5中的数据文件导入CAD/CAM中生成的3D轮廓面示意图； 图7是测量程序的标准球实验所建立的测量坐标系示意图； 图8是标准球实验中测量点扫描轨迹的投影示意图(xoy平面)。具体实施例方式本专利技术在测量机上用触发式测头测量3D轮廓面的方法原理如下 首先，测量机原理由于在三坐标测量技术中，精密测量仵何/L何元素，都必须作测针半径补偿，测针必须沿着待测的轮廓面上的测量点的法线无障碍地趋近测量点测量，并在该法线矢量上做测针半径补偿，否则，将产生误差。如图l，为测量空间曲面M上的点A示意图，P为所述空间曲面M在A点的切平面，N为所述空间曲面M在A点的法线，沿除N的矢量VI以外的任何矢量测量A点，如V2、V3，都将产生测针半径补偿误差，该误差是系统误差。因此，要完成法向矢量的计算。 其次，测量理论:如图2，建立测量坐标系，选择要测量的空间轮廓曲面(即3D轮廓曲面)在空间解析几何中，对于任意曲面S而言，可以在该曲面上确定一个微型三角形△ abc，使其在XOY平面上的投影为正三角形A ABC，该正三角形A A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量３Ｄ轮廓面的方法，利用三坐标测量机完成测量，其特征在于，包括以下步骤：（１）根据３Ｄ轮廓面建立空间测量坐标系，设定覆盖３Ｄ轮廓面的测量范围；（２）关闭测针半径补偿，使测针沿垂直于轮廓投影面的矢量方向测量；（３）在该３Ｄ轮廓面上采集四个测量点，使其中３个测量点构成微型三角形，该微形三角形的３个顶点在测量坐标系投影面内为正三角形，另１个测量点Ｐ的投影点Ｍ为该正三角形中心，该正三角形的高为ｄ；（４）计算出３Ｄ轮廓面上该微型三角形平面的法向矢量Ｖ１；（５）启动测针半径补偿，以该Ｐ点为测量目标点，以该法向矢量Ｖ１为测针趋近方向测量Ｐ点的坐标值；（６）重复步骤（２）－（５），每完成一个新的正三角形构建，则测量其Ｐ坐标，直至３Ｄ轮廓面测量完毕。

【技术特征摘要】
一种使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量3D轮廓面的方法，利用三坐标测量机完成测量，其特征在于，包括以下步骤(1)根据3D轮廓面建立空间测量坐标系，设定覆盖3D轮廓面的测量范围；(2)关闭测针半径补偿，使测针沿垂直于轮廓投影面的矢量方向测量；(3)在该3D轮廓面上采集四个测量点，使其中3个测量点构成微型三角形，该微形三角形的3个顶点在测量坐标系投影面内为正三角形，另1个测量点P的投影点M为该正三角形中心，该正三角形的高为d；(4)计算出3D轮廓面上该微型三角形平面的法向矢量V1；(5)启动测针半径补偿，以该P点为测量目标点，以该法向矢量V1为测针趋近方向测量P点的坐标值；(6)重复步骤(2)-(5)，每完成一个新的正三角形构建，则测量其P坐标，直至3D轮廓面测量完毕。2. 如权利要求1所述的一种使用测针中心坐标和矢量补偿精密测量3D轮廓面的方法， 其特征在于，所述方法进一步包括步骤(1) 数据文件生成一次性生成3条测针轨迹曲线和1条轮廓轨迹曲线，其数据文件格 式符合专用软件的格式，能导入CAD/CAM等软件，实现测量逆向工程；(2) 所述正三角形的高d值由测量机通过标准球实验确定最佳取值范围。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李存华，
申请(专利权)人：红塔烟草集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]