多测头数据融合与协作测量中的关键技术研究

发布时间：2020-06-16 19:30

【摘要】：随着加工制造业对仪器仪表测量精度、稳定性等方面的要求越来越高,传统的接触式坐标测量机作为一种适应性强、精度高的测量工具正逐步朝着集成化、自动化、智能化的方向发展。其中,复合式坐标测量机集成了诸如接触式测头、影像测头、激光测头等不同类型的测量传感器,可以满足更多、更严苛的测量任务要求。相比于传统的单一传感器测量的坐标测量机,复合式测量机的优势在于其集合了不同类型传感器的测量特点,在适用性、精度、灵活性等多个方面都表现出更好的性能。本课题组在国家重大科学仪器设备开发专项项目“复合式高精度坐标测量仪器开发和应用”的资助下,对多测头数据融合技术和协作测量方法进行了深入研究。本文着重研究了不同测头自身参数以及坐标测量机误差的标定或测量技术,为后续的协作测量与数据融合奠定了良好基础。本文以现有的美国OGP公司ZIP-250型复合式坐标测量机作为方法研究的实验平台,以安装于其Z轴上的激光测头、该仪器的整体Z轴以及该仪器自带的影像测头为研究对象,针对其各自的参数或误差提出了具体的标定或测量方案。在此基础上,本文进行具体的实验验证了方法的可行性,测量得到各项参数或误差的具体值,并分析了各项影响因素对测量结果产生的影响,最终得出结论并提出展望内容。全文主要工作总结如下:(1)针对激光传感器光轴相对于工作台XOY平面的垂直度误差,提出了利用双斜面标准角度量块和正弦定理进行测量的方法,并以光谱共焦传感器为例,进行了具体实验测量得到其光轴相对于工作台平面的垂直度误差偏角值,模拟和分析了各项影响测量精度的因素。(2)针对复合式坐标测量机Z轴相对于工作台XOY平面的垂直度误差,提出了基于影像测量的误差测量方法,进行了实际实验测量得到该Z轴的垂直度误差偏角值,并利用激光干涉仪进行对比实验,验证了该方法的精度可以满足测量要求。(3)针对远心成像系统的参数标定问题,介绍了其成像模型和参数标定原理,设计制作标定板并完成了参数标定实验。另外,分析了标定板的图案和规格等因素对标定结果的影响,确定了各因素的优化值。
【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】：TH701
【图文】：

标定块

垂直度误差,斜率,测量结果

当测量光轴在 X 轴方向上的垂直度误差偏角 αx时，将该标定块放置在激光器的水平工作台上，并保证标准块的棱线与工作台的 Y 轴平行。此处可利光传感器沿 Y 轴方向扫描斜面上具有相同 X 值的点，使其 Z 值保持不变，在一定精度范围内保证标准块的棱线与 Y 轴平行。调整平行的精度由传感分辨率决定，并影响最终的垂直度误差测量结果。将传感器安装于标定块上对标定块表面上的点进行坐标采集,利用测量所得的点阵坐标值拟合出两平方程或斜率。由于激光传感器的光轴存在垂直度误差，因此测量并拟合出的平面斜率与标标称角度值存在差异。如图 2-4（a）所示,假设在 X 方向上，光轴的垂直度为 α0，被测量块底角标称值为 θ。在测量过程中，由于光轴垂直度误差的影测量得到被测量块底角值可分别转换为 θ+α 和 θ-α，如图 2-4（b）所示，其α 为 α0的待校正结果。取差分值即可得到 α。在实际应用过程中，可以将同一在两个方位上进行测量，以保证两次拟合的被测角度 θ 相等。

【参考文献】