[发明专利]自动识别半径补偿方向的三坐标测量方法

说明书

本发明公开了自动识别半径补偿方向的三坐标测量方法。现有半径补偿方法都需要大量计算。本发明的具体步骤：在测头上用微阵列方式均匀布满面积极小的电容极板，单个极板的形状为正三角形或正方形；对测头上的电容极板阵列施加激励信号，当测头靠近金属被测物件时，金属被测物件与有正对面积的电容极板形成一对平板电容器，产生电容，同时不同大小的正对面积会产生不同大小的电容，根据产生电容的极板和产生电容的大小就可以计算出接触点所在位置，进而自动识别半径补偿方向。本发明在精度要求不高时，直接取输出电容值最大的电容极板作为接触点进行半径补偿，不需要计算；在精度要求较高时，通过计算反推接触点的精确位置。

技术领域

本发明属于三坐标测量机技术领域，具体涉及一种用微阵列方式布满电容极板的三坐标测量机半径补偿测量方法，可自动识别半径补偿法线方向。

背景技术

三坐标测量机广泛用于机械、电子、汽车和航空航天等领域复杂零件几何质量检测，涉及的检测内容包括零件的尺寸、形状及相互位置关系。由于具有通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造系统相连接，已被称为复杂零件的“测量中心”。其测量原理是，首先将各种几何元素的测量转化为这些几何元素上一些点集坐标位置的测量。在测得这些点的坐标位置后,再由算法软件按一定的评定准则计算出要求的几何元素尺寸、形状、相对位置等。

三坐标测量机的精度与效率(测量速度)主要取决于机械结构、控制系统、测头和软件系统等。当三坐标测量机采用接触式测头进行测量操作时，因为球形测头存在一定的半径，测头球心的轨迹和被测物件的实际轮廓是不一致的，需要在测量结果的基础上进行半径补偿。但是，测头与被测物的接触点对于测量机算法软件来说是未知的，如果不能较准确地获知接触点，便会产生半径补偿误差，影响测量精度。

现有的半径补偿方法大致可以分为二维补偿法和三维补偿法。因为二维补偿法处理简单，处理速度快，所以目前被广泛的使用，二维补偿法的代表方法是三点共圆法。不过二维补偿法在测量不规则曲面时会产生比较大的误差，所以在二维补偿法的基础上，国内外学者针对曲面在测量点处的法矢提出了三维补偿法，主要的代表方法有平面法、矢量的反复迭代法和直接测量法等等。不过无论是二维补偿法还是三维补偿法，在使用时都需要大量的计算，得到三坐标测量机的测头与被测物件接触点的法线方向。

为了解决上述缺陷，H.Aoyama等人针对金属被测物件提出了一种方法，在测头上某一经度上均匀的取四个测量点，当测头与金属被测物件接触时，四个测量点将会被测出不同的电位差，根据四个不同的电位差数值反推出接触点的位置。该测量方法的精度有0.2°，不过该测量方法需要测头与被测物件接触，并且在反推接触点位置时需要进行大量的计算。

发明内容

本发明的目的是针对现有三坐标测量机测头半径补偿方向无法准确获取的不足，对三坐标测量机的测头进行改进，使测头在靠近金属被测物件时就可以知道测头与金属被测物件的接触点的位置，然后对测量结果进行误差补偿。具体来说，就是在测头上用微阵列的方式均匀布满面积极小的电容极板，单个极板的形状为正三角形或正方形。对测头上的电容极板阵列施加激励信号(可参考电容传感器的激励方式)，当测头靠近金属被测物件时，金属被测物件与有正对面积的电容极板将会形成一对平板电容器，产生电容，同时不同大小的正对面积会产生不同大小的电容，根据产生电容的极板和产生电容的大小就可以计算出接触点所在位置。

本发明具体步骤如下：

步骤一、在三坐标测量机的测量头上以阵列方式均匀布满电容极板，并分别记录每个电容极板在测量头上的位置。电容极板形状为正方形或正三角形。