[发明专利]一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法

摘要

本发明“一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法”属于精密机械与仪器技术领域，涉及到激光测量、图像处理方面的相关理论与知识。以坐标测量机为测量平台，采用一种复合测头来实现对锥孔锥角的测量。该复合测头由一台工业CCD摄像机和一个激光位移传感器组成，二者安装在一个专用夹具上。首先，通过标定CCD摄像机像面中心与激光位移传感器测量零位之间的空间位置几何关系，建立起复合测头内部数据融合的数学模型，从而实现二者测量数据之间的有机融合。然后，通过规划合理的测量路径及测量过程，完成对锥孔锥角的高精度测量。该测量方法在测量效率方面也具有突出的优势，由于是直接在锥孔上测量，不存在间接测量误差，效率比较高。 1

主权项

1.一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，标定复合测头，建立复合测头内部测量零位之间的数学模型：CCD 摄像机与激光位移传感器组成复合测头，CCD 摄像机与激光位移传感器的光轴平行，复合测头安装在坐标测量机上，复合测头光轴平行于 Z 轴，在坐标测量机上设置一个标定用的标准钢球，标准钢球的半径为 r₀，用 CCD 摄像机测量标准钢球的最大外圆，并得出最大外圆的圆心坐标（x₁、y₁、z₁），用激光位移传感器测得标准钢球的最高点坐标（x₂、y₂、z₂），则 CCD 摄像机与激光位移传感器的测量零位之间的空间位置关系为：

步骤二，利用CCD摄像机测得锥孔端圆的圆心坐标（a、b），端圆的方程为：

步骤三，驱动激光位移传感器定位于端圆圆心坐标位置，锥孔的锥面上测量两条位置对称的母线，一条母线的直线方程为：另一条与之对称的母线直线方程可表示为： 根据两直线夹角公式，得到锥孔锥角可表示为：即得出锥孔锥角的值；

步骤四，为提高测量的准确度，重复步骤三，多测几对母线对，得到多组母线对的直线方程，进而得到几组锥孔锥角的值，取其均值作为最终的测量结果。

2. 根据权利要求 1 所述的一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法，其特征在于：利用CCD 摄像机测得锥孔端圆的圆心坐标（a、b）是指，在获取到锥孔端圆的图像之后，对图像进行滤波、边缘提取，得到一组端圆边缘点坐标 (x_i， y_i)，；假设端圆的方程为：，令，，

上式可转化为：，定义目标函数：

因为，故存在极小值点，联立方程组，并求解：

得到：

这里，

所以，最终拟合得到的圆心坐标及半径为：