复合式测量机多测头坐标统一方法研究

发布时间：2020-05-16 03:20

【摘要】：在航空航天、精密制造和量值传递等领域测量需求往往较高,既需要高的测量精度,同时也需要高的测量效率,这就对测量技术提出了更高的要求。传统的接触式测量适应性强、精度高但是速度慢、效率低;非接触式测量速度快,效率高,但是容易受到工件形状特征等因素的限制,难以实现全部参数的测量。因此很多情况下单一形式的测头已经无法满足测量的全部需求,而是需要集成了接触式和非接触式测头的复合式测量仪器。目前市场对复合式高精度测量仪器的需求越来越大,同时对测量仪器的要求也越来越高:更多的功能、更高的灵活性、更高的精度。所以国家重大科学仪器设备开发专项资助了“复合式高精度坐标测量仪器开发和应用”项目,天津大学作为主要参加单位,承担了该项目的第三子课题——多测头数据融合技术和协作测量方法研究。本文的主要工作是探究多测头的坐标统一技术,为数据融合奠定基础。本文首先以现有的美国OGP ZIP-250作为方法研究的实验平台,利用该仪器上的多种测头,通过对被测物的数据采集及数据处理,研究了多测头的坐标统一方法。然后利用主研单位自主研制的样机验证了文中坐标统一方法的有效性,最终得出结论并提出展望内容。全文主要工作总结如下:(1)介绍了复合式多测头测量机的结构设计,包括接触式测头、影像测头和光谱共焦激光位移传感器的选型、测量特性和工作原理,然后提出了每个测头的独立标定方法以便于修正测头自身的固有误差。(2)对比分析高精度复合式坐标测量中标准球作为多测头二维坐标测量系统标准器的不足,提出了基于角度量块的接触式测头和影像测头二维坐标统一方法;并利用OGP ZIP-250验证了角度量块的有效性和便利性。(3)提出了基于几何体组合标准器的三测头坐标统一方法;介绍了它的结构组成,分析了其测量方法和可行性。最后利用样机证实了它的可靠性和适用性。本课题的相关研制样机是苏州天准公司牵头研发的我国首台达到国际先进水平的复合式高精度坐标测量仪器,可满足各种高端复杂的测量任务要求。本文研究的三测头坐标统一方法,是数据融合和协作测量的前提条件,也是样机研制的关键技术之一。
【图文】：

立体视差,坐标测量系统

摄像头互相垂直。此方法是利用机器视觉系统获测物体的边界特征，再以二维工程图的形式反求C 代码驱动坐标测量机上的接触式测头，得到更只适合反求底面为平面的工件，而且坐标测量机处和重构曲面的精度降低，这也是该方法的不han[6,13]根据视觉信息识别了工件的边缘轮廓，不指导其他测头工作的。Nashman[14]利用机器视觉快速完成被测物初始化的自动调整。Shen[15]对机何信息展开了深入的研究，并对此发表了一些独面并未进行透彻的研究。勇，刘志刚等[16]根据立体视察和图像处理等方法标值，构建 B-Spline 曲线然后拟合成相对应的视觉测量精度较低，可以协同坐标测量机上的精确的模型，如图 1-1 所示。

有德国Werth、瑞典Hexagon和日本Mitutoyo三家公司可提产品，其中又以德国Werth应用最为广泛。最近 30 年来测头坐标测量仪器的开发与应用方面发展很不错。其主要—Scope、Video和Tomo。测量精度和范围都十分广泛，：接触式单点、接触式扫描测头、Werth光学测头、激光线Werth CT（X光高精度）等。-2 所示，这是全球精度最高的复合式坐标测量仪器Video.001μm，一维精度高达 0.15μm，三维空间精度 0.75μm，高溯源标准，主要有以下几个特点：最高精度的固定桥内置减震器系统，低扰动的空气轴承；适合高精度的零件择，种类齐全。经存在如此高精度的复合式测量仪器，，但是它是国外产品国内某些领域禁售，因此国内有必要自主研发一个高精度来满足某些测量需求。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH721

【参考文献】