專利名稱：針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測針位置監(jiān)控方法，尤其涉及針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
對于使用機(jī)械觸發(fā)測頭的坐標(biāo)測量機(jī)，在對被測要素進(jìn)行接觸測量之前，必須先對測針進(jìn)行定位，而這個步驟是由操作人員實(shí)施。以測量孔的內(nèi)徑為例子，測量前，操作人員要把測針定位到被測孔的正上方，然后測針才能伸進(jìn)被測孔進(jìn)行測量。操作人員定位的依據(jù)有兩個一是人眼觀察，二是被測件的定位基準(zhǔn)。在測量對象是直徑小于Imm的微小孔的情況下，所用測針端部直徑與微小孔直徑相差在Imm以下，這時靠人眼觀察是不可靠的。 當(dāng)定位基準(zhǔn)難以準(zhǔn)確獲取，或者被測件的制造誤差超差時，測針就不能準(zhǔn)確的定位在被測孔的正上方。當(dāng)測針的定位誤差偏大時，測針伸進(jìn)被測孔的過程中，會與被測件發(fā)生碰撞。 由于測量的是微小孔，所使用的測針也是非常細(xì)小的，一旦在非測量過程中發(fā)生碰撞，就會致使測針損毀。目前國內(nèi)企業(yè)仍無法生產(chǎn)性能優(yōu)良的高精度接觸式測針，每年用于向國外企業(yè)購買測針的花費(fèi)很高，所以有必要提高測針使用壽命，降低成本。現(xiàn)有的測針防撞保護(hù)裝置主要是針對測針工作在測量狀態(tài)中與待測工件接觸時作用力過大而設(shè)計的，例如英國Renishaw公司生產(chǎn)的帶有零觸力保護(hù)裝置的測頭。但對于非測量狀態(tài)下測針與被測件的接觸，目前尚無很好的解決方法，通常是在三維坐標(biāo)測量機(jī)工作時由相關(guān)技術(shù)人員在旁邊觀察，在誤碰撞發(fā)生前及時使設(shè)備停止運(yùn)行。這種方法費(fèi)時費(fèi)力，而且多數(shù)情況是當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行時測針已經(jīng)損毀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足，提供一種能快速的確定被測小孔的位置，自動進(jìn)行測針定位，并且能方便地監(jiān)測測針和微小孔的位置，有效防止測針損毀的針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法。本發(fā)明的針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法，它包括以下步驟(1)將待測工件固定在工裝上，在三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸上安裝光源實(shí)現(xiàn)對安裝在三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸上的測針和待測工件上的小孔的照明，在位于工裝內(nèi)部的三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上放置用于對測針和小孔成像的攝像機(jī)，攝像機(jī)放置在用于固定和調(diào)整攝像機(jī)位置的調(diào)整座上，調(diào)整座和工裝固定在三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上；(2)將三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸移動到被測孔上方，使光源在工作距離范圍內(nèi)，然后使用攝像機(jī)拍攝小孔的小孔圖像，攝像機(jī)將小孔圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，得到小孔的中心位置和半徑，然后以小孔的中心坐標(biāo)為依據(jù)，通過三坐標(biāo)測量機(jī)的控制系統(tǒng)將測針移動到小孔的正上方；(3)在測針伸進(jìn)小孔之前，通過攝像機(jī)拍攝獲取測針紅寶石端部的圖像，攝像機(jī)將測針圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行測針圖像處理，得到測針端部的中心位置，通過小孔的中心位置和半徑，以及測針端部的中心位置和預(yù)設(shè)的測針端部半徑這四個信息，就可以判斷出測針是否會與小孔發(fā)生碰撞。本發(fā)明的有益效果是1.能快速定位小孔，并且自動通過控制系統(tǒng)將測針移到小孔的正上方，提高測量效率。2.通過系統(tǒng)對小孔和測針進(jìn)行定位，確保測針定位的準(zhǔn)確性，避免了測針在伸進(jìn)小孔過程中發(fā)生的碰撞，有效保護(hù)了測針。3.對微小孔和測針進(jìn)行了光學(xué)放大，方便操作人員進(jìn)行觀察。


圖1是本發(fā)明的針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法采用的測試結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示的結(jié)構(gòu)的I處放大圖；圖3是圖1所示的結(jié)構(gòu)中的光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作以詳細(xì)描述。本發(fā)明的針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法，它包括以下步驟 (1)將待測工件103固定在工裝104上，在三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸101上安裝光源102實(shí)現(xiàn)對安裝在三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸上的測針201和待測工件上的小孔202的照明，在位于工裝 104內(nèi)部的三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上放置用于對測針201和小孔202成像的攝像機(jī)105， 攝像機(jī)105放置在用于固定和調(diào)整攝像機(jī)105位置的調(diào)整座106上，調(diào)整座106和工裝 104固定在三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺107上；( 將三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸101移動到被測孔202上方，使光源102在工作距離范圍內(nèi)，然后使用攝像機(jī)105拍攝小孔202的小孔圖像，攝像機(jī)將小孔圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，得到小孔202的中心位置(χ。，y0)和半徑r。，然后以小孔202的中心坐標(biāo)為依據(jù)，通過三坐標(biāo)測量機(jī)的控制系統(tǒng)將測針201移動到小孔202的正上方；(3)在測針201伸進(jìn)小孔202之前，通過攝像機(jī)105拍攝獲取測針201紅寶石端部的圖像，攝像機(jī)將測針圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行測針圖像處理，得到測針 201紅寶石端部的中心位置(χ。，yc)。測針201紅寶石端部的中心與小孔202的中心距離
d = V(X0-Xc)2+U。如果d ^ r0-r0- ε，則說明測針處在安全范圍內(nèi)，其中r。是測針
的半徑值，ε是用戶設(shè)定的安全系數(shù)，取值區(qū)間為(0，r。-r。)優(yōu)選的所述的光源是由外殼301和環(huán)形LED發(fā)光二極管陣列302構(gòu)成并且在環(huán)形上的一處安裝有毛玻璃303，在所述的步驟( 中光源的毛玻璃303部分對準(zhǔn)小孔進(jìn)行背光照明。在本方法中應(yīng)把攝像機(jī)105的對焦平面調(diào)整至工件103的上表面處，使小孔202 和測針103都能獲得較清晰的圖像。所述攝像機(jī)105，應(yīng)通過調(diào)整座106調(diào)整，使所得圖像的長、寬方向分別與三坐標(biāo)測量機(jī)的X、Y方向盡量平行，以方便操作人員觀察，并且使小孔202處在圖像的中心。所述攝像機(jī)105，應(yīng)在安裝完成后進(jìn)行標(biāo)定，建立攝像機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器坐標(biāo)系之間的聯(lián)系。采用本方法可以將圖像顯示在計算機(jī)的屏幕上，方便操作人員觀察。實(shí)施例1將待測工件103固定在工裝104上，在三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸101上安裝光源102 實(shí)現(xiàn)對安裝在三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸上的測針201和待測工件上的小孔202的照明，在位于工裝104內(nèi)部的三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上放置用于對測針201和小孔202成像的攝像機(jī)105， 攝像機(jī)105放置在用于固定和調(diào)整攝像機(jī)105位置的調(diào)整座106上，調(diào)整座106和工裝104 固定在三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺107上；( 將三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸101移動到被測孔202 上方，光源是由環(huán)形LED發(fā)光二極管陣列302構(gòu)成并且在環(huán)形上的一處安裝有毛玻璃303， 使光源102在工作距離范圍內(nèi)，并使光源的毛玻璃303部分對準(zhǔn)小孔進(jìn)行背光照明，然后使用攝像機(jī)105拍攝小孔202的小孔圖像，攝像機(jī)將小孔圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理， 得到小孔202的中心位置(x0, y。)= (325. 123,201. 020)和半徑r。= 0. 34mm，然后以小孔 202的中心坐標(biāo)(χ。，y。)為依據(jù)，通過三坐標(biāo)測量機(jī)的控制系統(tǒng)將測針201移動到小孔202 的正上方；(3)在測針201伸進(jìn)小孔202之前，通過攝像機(jī)105拍攝獲取測針201紅寶石端部的圖像，攝像機(jī)將測針圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行測針圖像處理，得到測針201紅寶石端部的中心位置(χ。，yc) = (325. 130,201. 011)。測針201紅寶石端部的中心與小孔202的中
心距離 / = Λ/(χ0 _xc)2 +(y0 __yc)2 =0.011。rc 是 0· 15讓，取 ε = 0· 1 讓，則 d < r。-!·。-ε =
0. 09mm,說明測針處在安全范圍內(nèi)。采用本方法，提高了測量效率，避免了測針在伸進(jìn)小孔過程中發(fā)生的碰撞，有效保護(hù)了測針。對微小孔和測針進(jìn)行了光學(xué)放大，方便操作人員進(jìn)行觀察。
權(quán)利要求
1.針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法，其特征在于它包括以下步驟(1)將待測工件固定在工裝上，在三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸上安裝光源實(shí)現(xiàn)對安裝在三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸上的測針和待測工件上的小孔的照明，在位于工裝內(nèi)部的三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上放置用于對測針和小孔成像的攝像機(jī)，攝像機(jī)放置在用于固定和調(diào)整攝像機(jī)位置的調(diào)整座上，調(diào)整座和工裝固定在三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺上；(2)將三坐標(biāo)測量機(jī)的Z軸移動到被測孔上方，使光源在工作距離范圍內(nèi)，然后使用攝像機(jī)拍攝小孔的小孔圖像，攝像機(jī)將小孔圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，得到小孔的中心位置和半徑，然后以小孔的中心坐標(biāo)為依據(jù)，通過三坐標(biāo)測量機(jī)的控制系統(tǒng)將測針移動到小孔的正上方；(3)在測針伸進(jìn)小孔之前，通過攝像機(jī)拍攝獲取測針紅寶石端部的圖像，攝像機(jī)將測針圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行測針圖像處理，得到測針端部的中心位置，通過小孔的中心位置和半徑，以及測針端部的中心位置和預(yù)設(shè)的測針端部半徑這四個信息，就可以判斷出測針是否會與小孔發(fā)生碰撞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法，其特征在于所述的光源是由環(huán)形LED發(fā)光二極管陣列構(gòu)成并且在環(huán)形上的一處安裝有毛玻璃， 在所述的步驟O)中光源的毛玻璃部分對準(zhǔn)小孔進(jìn)行背光照明。
全文摘要
本發(fā)明公開了針對微小孔的接觸式坐標(biāo)測量機(jī)測針位置監(jiān)控方法，它包括以下步驟(1)將待測工件固定在工裝上，在測量機(jī)的Z軸上安裝光源，在位于工裝內(nèi)部的測量機(jī)的工作臺上放置用于對測針和小孔成像的攝像機(jī)；(2)將測量機(jī)的Z軸移動到被測孔上方，使用攝像機(jī)拍攝小孔的小孔圖像，攝像機(jī)將小孔圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行圖像處理，得到小孔的中心位置和半徑，然后以小孔的中心坐標(biāo)為依據(jù)，通過測量機(jī)的控制系統(tǒng)將測針移動到小孔的正上方；(3)在測針伸進(jìn)小孔之前，通過攝像機(jī)拍攝獲取測針紅寶石端部的圖像，攝像機(jī)將測針圖像輸出給計算機(jī)進(jìn)行測針圖像處理，得到測針端部的中心位置。采用本方法提高了測量效率，有效保護(hù)了測針。
文檔編號G01B21/00GK102338626SQ201110183060
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者李醒飛, 譚文斌, 陳誠, 黎春宇 申請人:天津大學(xué)