本發(fā)明屬于復(fù)雜自由空間曲面接觸式檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種接觸式測量測針球頭半徑精密補償方法。

背景技術(shù)：

接觸式測量方法在物體型面檢測上應(yīng)用廣泛。如在直線位移傳感器中，利用可伸縮接觸式測針檢測目標(biāo)位置；在三坐標(biāo)測量機中，利用接觸式測針檢測物體的復(fù)雜曲面。但利用接觸式測針進(jìn)行檢測存在一個固有問題，即測針球頭半徑補償。由于測針的檢測端部均為球頭，測量系統(tǒng)只能記錄球頭的球心位置，需進(jìn)行半徑補償后才可以獲得檢測面上的實際位置。由于復(fù)雜曲面上的檢測點法矢量與測針逼近的方向不一致，因此無法確定測針與檢測表面實際接觸點的位置，補償困難。

現(xiàn)有方法中有根據(jù)得到的測針球心所在位置沿測針逼近方向偏置球頭半徑值，得到目標(biāo)檢測點位置。該方法要求目標(biāo)檢測點處的法矢量與測針逼近的方向一致，多用于平面的檢測。

對已知參數(shù)的曲面進(jìn)行檢測，可以求解出目標(biāo)檢測點處的法矢量，根據(jù)計算出的法矢量對測針檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行等徑偏移，得到目標(biāo)檢測點的位置。該方法檢測精度高，但只能用于對已知參數(shù)的曲面檢測。

對于未知參數(shù)的復(fù)雜曲面檢測，現(xiàn)有的方式是：首先利用檢測得到的某測點測針球心位置以及其相鄰測點測針球心位置信息，通過擬合的方式得到局部的曲線或曲面，再求出曲線或曲面在該檢測點處的法矢量，最后以測點的球心位置沿所求法矢量方向偏置球頭的半徑值得到實際檢測點的位置。該方法中檢測點處的法矢量與通過擬合曲線或曲面得出的法矢量不同，采用擬合的方式不一定能夠如實的反應(yīng)檢測表面的實際狀態(tài)，因此該方法檢測精度較低，可靠性不足，特別對復(fù)雜自由空間曲面的檢測，難以滿足檢測精度要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種接觸式測量測針球頭半徑精密補償方法，用于解決現(xiàn)有接觸式測量中測針球頭半徑補償存在的問題。

本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的，提出的一種接觸式測量測針球頭半徑精密補償方法，包括如下步驟：

(1)使用兩個測針對同一目標(biāo)點ps進(jìn)行測量，所述的兩個測針分別為測針1和測針2，所述測針1的測針球頭半徑r1與所述測針2的測針球頭半徑r2不相等；

(2)利用所述測針1對目標(biāo)點ps進(jìn)行第一次檢測，獲得所述測針1的檢測值l1，l1為測針1的測針球心o1所在位置；

(3)利用所述測針2對目標(biāo)點ps進(jìn)行第二次檢測，獲得所述測針2的檢測值l2，l2為測針2的測針球心o2所在位置；

(4)基于所述測針1和測針2對同一目標(biāo)點ps兩次檢測值l1和l2，以及所述測針1和測針2的測針球頭半徑r1和r2，并在所述測針球頭半徑r1和r2不相等的基礎(chǔ)上，計算出目標(biāo)點ps的位置值ls，計算方法為：

上述計算方法還可以是：

上述使用兩個測針對同一目標(biāo)點ps進(jìn)行測量，需保證在檢測同一目標(biāo)點ps時，所述測針1和測針2的測針軸線矢量在待檢測面的坐標(biāo)系中相同；在此條件下，所述測針1和測針2在空間上可以布置于不同的檢測位置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用非等球頭半徑的兩個測針代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單測針檢測方式進(jìn)行測量，最終目標(biāo)點的檢測值由兩個測針的測量值直接計算獲得。計算過程簡單，效率高，有效地解決了未知參數(shù)的復(fù)雜空間曲面檢測時球頭半徑補償?shù)膯栴}，大大提高了接觸式測量方法的檢測精度和可靠性。

附圖說明

圖1為兩個測針檢測示意圖。

圖2為圖1中測測針與待檢測面接觸處放大圖。

圖3為具體實施中兩測針以固定間距平行布置示意圖。

圖4為具體實施中兩測針以固定角度布置示意圖。

圖中標(biāo)記為，1—測針1，2—測針2，3—待檢測面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，球頭半徑為r1的測針1(1)與球頭半徑為r2的測針2(2)沿相同方向逼近待檢測面(3)，要求球頭半徑r1與r2值不相等。若球頭半徑r1與r2相等，兩個測針的測量值在理論上將相同，無法實現(xiàn)本發(fā)明的計算方法。

圖2為圖1測針與待檢測面(3)接觸處放大圖，由圖可知，測針1(1)與待檢測面(3)在p1點接觸，測針2(2)與待檢測面(3)在p2點接觸，測針逼近方向與待檢測面(3)交于ps點；由于測針尺寸較小，可將待檢測面(3)與測針接觸的局部范圍近似看作平面，即點p1,p2,ps共線；同時待檢測面(3)在點p1,p2處的法矢量近似平行?；谝陨霞僭O(shè)，以及檢測系統(tǒng)獲得的檢針1(1)測針球心o1所在位置l1，檢針2(2)測針球心o2所在位置l2，可求得測針1(1)和測針2(2)的測針球心距離差值δl，測針球頭半徑差值δr。由此，可獲得測針和待檢測面(3)的接觸點方向與測針逼近方向的夾角θ。通過以上已知值結(jié)合圖2所示的幾何關(guān)系，易得出測針逼近方向與待檢測面(3)交點ps，即檢測目標(biāo)點的位置ls，利用o2位置計算為，

利用o1位置計算為，

在具體實施中，所述測針1(1)和測針2(2)的測針軸線矢量在待檢測面(3)的坐標(biāo)系中相同的情況下，兩個測針位置可以靈活布置。如圖3所示，為間隔固定距離t平行布置的測針1(1)和測針2(2)對待檢測面(3)進(jìn)行檢測，兩個測針的軸線矢量與待檢測面(3)中坐標(biāo)系x軸方向始終保持一致。如圖4所示，為繞固定點旋轉(zhuǎn)角度α布置的測針1(1)和測針2(2)，可對回轉(zhuǎn)的軸類物體進(jìn)行檢測。測針1(1)的軸線矢量與待檢測面(3)中坐標(biāo)系x1軸平行時，測針1(1)檢測目標(biāo)點pi；當(dāng)目標(biāo)點pi旋轉(zhuǎn)α角度到達(dá)pi′位置時，測針2(2)對目標(biāo)點進(jìn)行檢測，此時測針2(2)的軸線矢量與待檢測面(3)中坐標(biāo)系x2軸平行；可見對于同一目標(biāo)檢測點pi，測針1(1)和測針2(2)的軸線矢量在待檢測面(3)坐標(biāo)系中相同，滿足兩個測針的位置布置條件。

綜上，本發(fā)明典型的實施方式如下：

根據(jù)檢測要求合理布置測針1(1)和測針2(2)的位置。

利用測針1(1)對目標(biāo)點進(jìn)行第一次檢測，獲取測針1(1)球心位置的檢測數(shù)據(jù)。

利用測針2(2)對目標(biāo)點進(jìn)行第二次檢測，獲取測針2(2)球心位置的檢測數(shù)據(jù)。

利用本發(fā)明所述方法進(jìn)行測針球頭半徑補償計算，獲得待檢測面(3)上檢測目標(biāo)點的位置值。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。倘若本發(fā)明的這些修改和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也包含這些改動和變形在內(nèi)。