專利名稱：一種觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高精度傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的復(fù)雜零件的不斷出現(xiàn)，對零件表面輪廓的測量，特別是大范圍、高精度的測量需求也越來越迫切。根據(jù)測量原理的不同，一般可以將表面輪廓的測量儀分為兩類觸針式輪廓測量儀和非觸針式輪廓測量儀。由于觸針式輪廓測量儀測量重復(fù)性好，測量范圍大，測量結(jié)果穩(wěn)定可靠以及測量精度較高，因此一直作為一種最基本而且被廣泛使用的表面輪廓檢測方法。然而，當(dāng)觸針式輪廓儀在進行輪廓測量時，測針會圍繞固定支點轉(zhuǎn)動，所以當(dāng)測量范圍越大時，測桿轉(zhuǎn)動的角度也越大，最終將 導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。目前主要有專利200610200069. 4所公布的零位跟蹤的工作臺，但由于在每次測量時工作臺都要回到零位，所以測量速度較慢，而且整個測量工作臺阿貝誤差較大；此外，英國Rank Taylor Hobson研制的Form Talysurf PGI則采用標(biāo)準(zhǔn)球冠進行校正,但當(dāng)所要測量范圍較大時，球冠也要求較大，所以成本較高，而且算法比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法，其使用簡單、效率高、成本低、精度高、適用范圍廣，并能對觸針式輪廓儀傳感器的全量程誤差進行補償。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法，包括以下步驟(I)調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與垂直微位移工作臺的工作面相接觸；(2)確定垂直微位移工作臺在垂直方向上運動的距離Y以及采樣間距y ；(3)通過計算機和控制箱后發(fā)出信號1、2.....n來控制垂直微位移工作臺的電機
轉(zhuǎn)動，電機帶動垂直微位移工作臺上下運動，從而帶動輪廓儀傳感器的觸針運動，其中n =Y/y ；(4)垂直微位移工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號1、2.....n測量垂直微位移
工作臺在垂直方向上相對于初始位置的位移量yi.....yn，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分
別根據(jù)信號1、2.....n測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值
y I、 、y~n (5)將兩組數(shù)據(jù)H......yn以及y/、y2’......yn’以一一對應(yīng)的方式保存在
垂直方向的誤差查找表中；(6)取下垂直微位移工作臺，并將楔形斜塊放置在水平工作臺上；(7)調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與楔形斜塊的斜面相接觸；
(8)確定水平工作臺在水平方向上運動的距離X以及采樣間距X ；(9)通過計算機和控制箱后發(fā)出信號1’、2’.....n’來控制水平工作臺的電機轉(zhuǎn)
動，電機帶動水平工作臺水平運動，從而帶動楔形斜塊和傳感器的觸針運動，其中n’ = X/
X ；(10)水平工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號1’、2’.....n’測量水平工作臺
在水平方向上相對于初始位置的位移量X/.....xn’，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分別 根據(jù)信號1’、2’.....n’測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值 A1 ’、 、Ari ’ ；(11)判斷A/是否和步驟⑷中得到的位移值y/、y2’......yn’中的一個數(shù)值
Ii,相等，若相等，則將A1更新為y/在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yi，若不相等，則進
一步確定A/位于y/、y2’......yn’中哪兩個相鄰的數(shù)值之間，若y/ < A1 ’ <&/，則將
A1更新為t+1’在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yj+1 ；(12)對于剩下的A2’.....An’，重復(fù)上述步驟(11)，直到全部位移值均已被更新為
在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的位移值為止。(13)利用公式xn’ =An’ Xb計算觸針在水平方向上的實際移動量Xl’.....xn’，
其中b為楔形斜塊的長高比；(14)將兩組數(shù)據(jù)X^X2......X1^P x/、x2’......xn’以--對應(yīng)的方式保存在水
平方向的誤差查找表中。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的有益效果 I、本發(fā)明通過使用垂直微位移工作臺以及楔形斜塊,可以實現(xiàn)對觸針式輪廓儀傳感器進行高精度、全量程、逐點的誤差補償；2、由于垂直微位移工作臺通過計算機直接控制和計數(shù)，所以測量速度快、效率聞;3、本發(fā)明使用楔形斜塊代替標(biāo)準(zhǔn)球冠，所以成本低，而且算法簡單，容易實現(xiàn)；4、本方法可以對電感式、激光干涉式、光柵式等各種原理的觸針式輪廓儀傳感器進行誤差校正，所以使用范圍很廣。


圖I是本發(fā)明觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法的流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。由于接觸式輪廓儀傳感器在水平和豎直方向上均存在非線性誤差，所以需要對兩個方向上的非線性誤差分別進行補償。如圖I所示，本發(fā)明觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法包括以下步驟(I)調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與垂直微位移工作臺的工作面相接觸；(2)確定垂直微位移工作臺在垂直方向上運動的距離Y以及采樣間距y ；
(3)通過計算機和控制箱后發(fā)出信號1、2.....n來控制垂直微位移工作臺的電機
轉(zhuǎn)動，電機帶動垂直微位移工作臺上下運動，從而帶動輪廓儀傳感器的觸針運動，其中n =Y/y ；(4)垂直微位移工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號1、2.....n測量垂直微位移
工作臺在垂直方向上相對于初始位置的位移量yi.....yn，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分
別根據(jù)信號1、2.....n測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值
y I、 、y~n (5)將兩組數(shù)據(jù)H......yn以及y/、y2’......yn’以一一對應(yīng)的方式保存在 垂直方向的誤差查找表中；(6)取下垂直微位移工作臺，并將楔形斜塊放置在水平工作臺上；(7)調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與楔形斜塊的斜面相接觸；(8)確定水平工作臺在水平方向上運動的距離X以及采樣間距X ；(9)通過計算機和控制箱后發(fā)出信號1’、2’.....n’來控制水平工作臺的電機轉(zhuǎn)
動，電機帶動水平工作臺水平運動，從而帶動楔形斜塊和傳感器的觸針運動，其中n’ = X/
X ；(10)水平工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號1’、2’.....n’測量水平工作臺
在水平方向上相對于初始位置的位移量X/.....xn’，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分別
根據(jù)信號1’、2’.....n’測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值
A1 ’、 、Ari ’ ；(11)判斷A/是否和步驟⑷中得到的位移值y/、y2’......yn’中的一個數(shù)值
y/相等，若相等，則將A/更新為y/在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yi，若不相等，則進
一步確定A/位于y/、y2’......yn’中哪兩個相鄰的數(shù)值之間，若y/ < A1 ’ <&/，則將
A1更新為t+1’在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yj+1 ；(12)對于剩下的A2’.....An’，重復(fù)上述步驟(11)，直到全部位移值均已被更新為
在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的位移值為止。(13)利用公式xn’ =An’ Xb計算觸針在水平方向上的實際移動量Xl’.....xn’，
其中b為楔形斜塊的長高比；(14)將兩組數(shù)據(jù)X1、X2......Xn和x/、x2’......xn’以一一對應(yīng)的方式保存在水
平方向的誤差查找表中。應(yīng)用示例在建立了垂直方向和水平方向的誤差查找表后，在測量時，將被測工件放置在水平工作臺上，調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使得傳感器的觸針與被測工作表面相接觸。確定水平工作臺的移動距離以及采樣間隔后，通過計算機和控制箱發(fā)出信號，驅(qū)動水平工作臺運動。被測工件隨著水平工作臺一起運動，傳感器觸針隨著被測工件的輪廓上下起伏運動。計
算機每發(fā)出一個信號，分別記錄下水平工作臺的移動值ai、a2......an以及觸針在垂直方向
的位移值h、b2......b3。判斷ai是否與步驟(14)中得到的水平方向查找表中Xl、X2......Xn中的一個數(shù)
值Xi相等，若相等，則將％更新為Xi在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的Xi’，若不相等，則進一步確定S1位于Xp X2......Xn中哪兩個相鄰的數(shù)值之間,若Xj < aj < xj+1,則將S1更新為xj+1在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的\+1’ ；對于剩下的a2......an，重復(fù)以上過程，
直到全部水平方向位移值均已被更新為在水平方向的誤差查找表中對應(yīng)的位移值為止。再判斷Id1是否與步驟(5)中得到的垂直方向查找表中y/、y2’......yn’中的一
個數(shù)值y/相等，若相等，則將匕更新為y/在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yi，若不相
等，貝1J進一步確定bi位于y/'y/......yn’中哪兩個相鄰的數(shù)值之間，若y/ < Id1 < yj+1’，
則將匕更新為h+1’在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yj+1 ;對于剩下的b2......bn，重復(fù)以
上過程，直到全部垂直方向位移值均已被更新為在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的位移值為止。 這樣就可以將水平方向和垂直方向上的非線性誤差進行補償，從而得到準(zhǔn)確的水平方向和垂直方向的位移值。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與垂直微位移工作臺的工作面相接觸； (2)確定垂直微位移工作臺在垂直方向上運動的距離Y以及采樣間距y；(3)通過計算機和控制箱后發(fā)出信號1、2.....n來控制垂直微位移工作臺的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動垂直微位移工作臺上下運動，從而帶動輪廓儀傳感器的觸針運動，其中n = Y/I ;(4)垂直微位移工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號1、2.....n測量垂直微位移工作臺在垂直方向上相對于初始位置的位移量7工.....yn，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分別根據(jù)信號1、2.....n測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值y I、 、y~n (5)將兩組數(shù)據(jù)yi、y2......yn以及y/、y2’......yn’以一一對應(yīng)的方式保存在垂直方向的誤差查找表中； (6)取下垂直微位移工作臺，并將楔形斜塊放置在水平工作臺上； (7)調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與楔形斜塊的斜面相接觸； (8)確定水平工作臺在水平方向上運動的距離X以及采樣間距X；(9)通過計算機和控制箱后發(fā)出信號1’、2’.....n’來控制水平工作臺的電機轉(zhuǎn)動，電機帶動水平工作臺水平運動，從而帶動楔形斜塊和傳感器的觸針運動，其中n’ = X/x ；(10)水平工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號1’、2’.....n’測量水平工作臺在水平方向上相對于初始位置的位移量X/.....Xn’，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分別根據(jù)信號I’、2’.....n’測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值A(chǔ)/.....An，;(11)判斷A1是否和步驟⑷中得到的位移值y/、y2’......yn’中的一個數(shù)值y/相等，若相等，則將A/更新為y/在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yi，若不相等，則進一步確定A1位于y/、y2’......yn’中哪兩個相鄰的數(shù)值之間，若y/ < A1 ’ <yj+1’，則將仏更新為yj+1，在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的yj+1 ；(12)對于剩下的A2’.....An’，重復(fù)上述步驟(11)，直到全部位移值均已被更新為在垂直方向的誤差查找表中對應(yīng)的位移值為止。(13)利用公式xn’=An’ Xb計算觸針在水平方向上的實際移動量X1.....xn’，其中b為模形斜塊的長聞比；(14)將兩組數(shù)據(jù)Xl、x2......\和七’、&’......xn’以一一對應(yīng)的方式保存在水平方向的誤差查找表中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種觸針式輪廓儀傳感器非線性誤差的校正方法，包括調(diào)整輪廓儀傳感器的位置，使其觸針與垂直微位移工作臺的工作面相接觸，確定垂直微位移工作臺在垂直方向上運動的距離以及采樣間距，通過計算機和控制箱后發(fā)出信號來帶動輪廓儀傳感器的觸針運動，垂直微位移工作臺上的激光測距儀分別根據(jù)信號測量垂直微位移工作臺在垂直方向上相對于初始位置的位移量，同時輪廓儀傳感器的計量系統(tǒng)分別根據(jù)信號測量輪廓儀傳感器的觸針在垂直方向上相對于初始位置的位移值，將兩組數(shù)據(jù)以一一對應(yīng)的方式保存在垂直方向的誤差查找表中。本發(fā)明使用簡單、效率高、成本低、精度高、適用范圍廣，并能對觸針式輪廓儀傳感器的全量程誤差進行補償。
文檔編號G01B21/20GK102654395SQ201210125998
公開日2012年9月5日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者盧文龍, 常素萍, 衷穎杰, 謝鐵邦 申請人:華中科技大學(xué)