專利名稱：一種基于led環(huán)形光的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)臏y(cè)頭裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)臏y(cè)頭裝置，尤其是涉及一種基于LED環(huán)形光的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)臏y(cè)頭裝置。
背景技術(shù)：
便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)如

圖1所示，通常采用接觸式測(cè)頭，例如紅寶石測(cè)頭，它具有質(zhì)硬，球度好，半徑一致性好，與被測(cè)面總接觸一點(diǎn)，測(cè)量精度比非接觸式測(cè)量方式高，廣泛應(yīng)用于坐標(biāo)測(cè)量領(lǐng)域。如圖2所示，當(dāng)便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)沿著被測(cè)自由曲面3上的標(biāo)記線4進(jìn)行測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)需要獲得的是測(cè)球2球心的坐標(biāo)值，而不是測(cè)球2與曲面接觸點(diǎn)的坐標(biāo)值， 因此需要在測(cè)量過程中或測(cè)量完成后，對(duì)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行半徑補(bǔ)償。半徑補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)是確定被測(cè)自由曲面上接觸點(diǎn)的法矢方向。在逆向工程中，被測(cè)自由曲面的數(shù)學(xué)模型未知，所以無法用計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)的方式確定測(cè)點(diǎn)的法矢方向，只能根據(jù)測(cè)點(diǎn)與鄰域測(cè)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)成曲線或微平面，計(jì)算法矢方向，近似作為測(cè)點(diǎn)的半徑補(bǔ)償方向。目前半徑補(bǔ)償通常有兩種方式事后補(bǔ)償和實(shí)時(shí)補(bǔ)償。事后補(bǔ)償根據(jù)測(cè)頭半徑、曲面的性質(zhì)等計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的補(bǔ)償量，并對(duì)曲面進(jìn)行偏置實(shí)現(xiàn)半徑補(bǔ)償，然而對(duì)于形狀復(fù)雜的自由曲面，通過等距偏置得到等距曲面的難度大。對(duì)于實(shí)時(shí)自動(dòng)半徑補(bǔ)償，由于測(cè)量人員手持便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)分布較散亂，沒有明顯的掃描線特征，因而無法直接采用二維補(bǔ)償方法。三維補(bǔ)償方法一般采用微平面法，測(cè)量時(shí)測(cè)頭在測(cè)點(diǎn)P的一個(gè)小鄰域內(nèi)，分別采集三個(gè)輔助參考點(diǎn)，將這三點(diǎn)組成小平面，其法矢方向近似作為測(cè)點(diǎn)P的半徑補(bǔ)償方向。這種方法每測(cè)一點(diǎn)，需要測(cè)三個(gè)輔助點(diǎn)，大大增加了測(cè)量工作量和時(shí)間，并且半徑補(bǔ)償?shù)木扰c所選的輔助參考點(diǎn)有關(guān)，同時(shí)也受到測(cè)量人員工作經(jīng)驗(yàn)的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于LED環(huán)形光的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)臏y(cè)頭裝置。便攜式測(cè)量機(jī)采用該測(cè)頭裝置進(jìn)行自由曲面測(cè)量時(shí)，可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償測(cè)頭半徑，從而直接獲得自由曲面上測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。此方法應(yīng)用于緩變自由曲面的逆向測(cè)量，具有較高的測(cè)量精度。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量過程中的測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償，處理后的數(shù)據(jù)可直接導(dǎo)入CAD/CAM系統(tǒng)，完成后續(xù)的模型重建和數(shù)字化加工。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在保護(hù)套筒下端的中心孔中，裝有外套有機(jī)玻璃環(huán)的測(cè)針座，測(cè)針座下端裝有測(cè)針，LED發(fā)射器上端同軸安裝在套筒蓋下端面，LED發(fā)射器下端安裝在環(huán)形的聚集反光鏡孔中，套筒蓋上端面同軸安裝有測(cè)座定位桿，環(huán)形支架與保護(hù)套筒螺紋連接，環(huán)形支架一側(cè)向下的延伸臂上安裝CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)朝向測(cè)針；LED發(fā)射器發(fā)射的光線經(jīng)聚集反光鏡聚光后，經(jīng)有機(jī)玻璃環(huán)和通光孔投射到被測(cè)自由曲面，反射至CXD攝像機(jī)?；贚ED環(huán)形光的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償方法[0009]該實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償方法是將接觸式測(cè)頭測(cè)球附近的被測(cè)自由曲面近似為微平面，用 LED環(huán)形光投射到微平面上形成橢圓的投影線，并由CCD攝像機(jī)捕捉橢圓的投影線，然后根據(jù)橢圓長(zhǎng)軸、短軸與測(cè)頭坐標(biāo)系χ、y軸的夾角和長(zhǎng)軸、短軸長(zhǎng)度比值，計(jì)算得到微平面的單位法矢，取其外法線方向，最后利用該單位法矢的外法線方向?qū)佑|式測(cè)頭進(jìn)行實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償。所述的對(duì)接觸式測(cè)頭獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)姆椒ó?dāng)接觸式測(cè)頭接觸被測(cè)自由曲面后，獲得一個(gè)測(cè)點(diǎn)，記為P，該測(cè)點(diǎn)值為測(cè)頭球心坐標(biāo)值；將接觸式測(cè)頭測(cè)球附近的被測(cè)曲面上近似為微平面，用LED環(huán)形光投射到微平面上形成橢圓的投影線；CXD攝像機(jī)圖像坐標(biāo)系與接觸式測(cè)頭坐標(biāo)系，經(jīng)過坐標(biāo)變換后重合，CCD攝像機(jī)捕捉橢圓的投影線，計(jì)算圖像像素點(diǎn)數(shù)，得到長(zhǎng)軸和短軸長(zhǎng)度分別為OA'和 OB'，根據(jù)式(1)計(jì)算單位法矢η與Z軸的夾角爐；
(p = arceos(OB. /OA')(1)過A'作垂直于坐標(biāo)系χ軸的垂線得交點(diǎn)C'，計(jì)算圖像像素點(diǎn)數(shù)，得到OA'和 OC'的長(zhǎng)度，得到OA'和OC'的長(zhǎng)度，根據(jù)式( 計(jì)算橢圓投影線長(zhǎng)軸OA'與坐標(biāo)系X軸的角度值θθ = arcsin(0C' /OA' )(2)根據(jù)已求得的θ、爐，計(jì)算微平面的單位法矢n，即為
權(quán)利要求1. 一種基于LED環(huán)形光的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)臏y(cè)頭裝置，其特征在于在保護(hù)套筒(5)下端的中心孔中，裝有外套有機(jī)玻璃環(huán)(16)的測(cè)針座(15)，測(cè)針座(15)下端裝有測(cè)針(8)， LED發(fā)射器(1 上端同軸安裝在套筒蓋(1 下端面，LED發(fā)射器(1 下端安裝在環(huán)形的聚集反光鏡(14)孔中，套筒蓋(1 上端面同軸安裝有測(cè)座定位桿(10)，環(huán)形支架(6)與保護(hù)套筒(5)螺紋連接，環(huán)形支架(6) —側(cè)向下的延伸臂上安裝CCD攝像機(jī)(7)，CCD攝像機(jī) (7)朝向測(cè)針⑶；LED發(fā)射器(13)發(fā)射的光線(17)經(jīng)聚集反光鏡(14)聚光后，經(jīng)有機(jī)玻璃環(huán)(16)和通光孔(9)投射到被測(cè)自由曲面(3)，反射至CCD攝像機(jī)(7)。
專利摘要一種基于LED環(huán)形光的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償?shù)臏y(cè)頭裝置，在保護(hù)套筒下端的中心孔中，裝有外套有機(jī)玻璃環(huán)的測(cè)針座，測(cè)針座下端裝有測(cè)針，LED發(fā)射器上端同軸安裝在套筒蓋下端面，LED發(fā)射器下端安裝在環(huán)形的聚集反光鏡孔中，套筒蓋上端面同軸安裝有測(cè)座定位桿，環(huán)形支架與保護(hù)套筒螺紋連接，環(huán)形支架一側(cè)向下的延伸臂上安裝CCD攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)朝向測(cè)針；LED發(fā)射器發(fā)射的光線經(jīng)聚集反光鏡聚光后，經(jīng)有機(jī)玻璃環(huán)和通光孔投射到被測(cè)自由曲面，反射至CCD攝像機(jī)。本實(shí)用新型解決便攜式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)接觸式測(cè)頭的實(shí)時(shí)半徑補(bǔ)償問題，操作簡(jiǎn)單，無需手動(dòng)增加輔助點(diǎn)，精度較高，對(duì)緩變自由曲面的逆向測(cè)量效果良好。
文檔編號(hào)G01B11/00GK202083350SQ20112015079
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者盧科青, 吳堯鋒, 王文, 陳子辰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)