yi)、 (X2，y2)、（X3，y3);根據(jù)兩個(gè)通孔在圖片中的坐標(biāo)W及在陶瓷標(biāo)定板上的實(shí)際距離D，將H個(gè) 光斑點(diǎn)在圖片中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為在標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，D決定了轉(zhuǎn)換中比例放大和縮小倍 數(shù)。構(gòu)建第一光斑與第二光斑連線方程Li2;a iX+biY+Ci= 0, a i、bi和C 1為直線方程系數(shù)；W 及構(gòu)建第二光斑與第H光斑連線方程L23;a 2X+b2Y+C2= 0, a 2、b2和C 2為直線方程系數(shù)；
[0044] 計(jì)算激光束與機(jī)床Z軸夾角Z a = arctan(L/H);
[0045] 計(jì)算激光束在機(jī)床XOY平面上的投影與機(jī)床Y軸的夾角Z目= arctan ((31沖2-32沖1) / 相2+bi*b2))。
[0046] 上述步驟是W機(jī)床Y軸移動(dòng)為例，不局限于此，對(duì)機(jī)床X軸同樣適用。
[0047] 考慮到計(jì)算方便，優(yōu)選所述標(biāo)定板的第一通孔和第二通孔間距與第一通孔和第H 通孔間距相等。
[0048] 本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、CCD相機(jī)和處理器； 所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有H個(gè)通孔，其中第一通孔和第二通孔連線與第一通 孔和第H通孔連線垂直；所述CCD相機(jī)用于對(duì)投射有光斑的標(biāo)定板進(jìn)行成像；所述處理器 對(duì)成像進(jìn)行數(shù)字圖像分析得到激光束與機(jī)床主軸的偏角。圖2(a)給出了裝置示意圖，圖 2(b)中01、02、03表示標(biāo)定板上的H個(gè)通孔，01、02孔W及〇1、〇3孔之間距離均為D。
[0049] 標(biāo)定板優(yōu)選陶瓷材料，陶瓷板是很好的漫反射材料，廣泛的用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，具有 較好的光學(xué)性能。
[0050] 本發(fā)明方法和裝置能夠?qū)す馕灰苽鞲衅鞲鞣N安裝方式下光束方向誤差進(jìn)行標(biāo) 定，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，不需要利用激光位移傳感器本身的測(cè)量讀數(shù)，不需要復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。
[0051] 在本發(fā)明中，激光位移傳感器采用垂直向下的安裝方式，機(jī)床可W帶動(dòng)傳感器在 XYZ H個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，測(cè)量目標(biāo)物體上的測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息。測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息采集之后可W用 來(lái)建立物體的H維模型。在其他的測(cè)量環(huán)境或者是其他的安裝方式下，傳感器同樣可W沿 著運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明的方法不局限于垂直向下安裝。
[005引 實(shí)例：
[0053] 米克朗機(jī)床上實(shí)施本發(fā)明，傳感器和CCD相機(jī)安裝方式下圖所示，標(biāo)定板放置在 機(jī)床工作臺(tái)上，工作臺(tái)本身是水平的，實(shí)驗(yàn)之前用千分表檢驗(yàn)標(biāo)定板的水平情況。本實(shí)驗(yàn)傳 感器采用的是垂直向下的安裝方式，機(jī)床定位精度在2um，CCD相機(jī)為500萬(wàn)像素，標(biāo)定板的 尺寸為60111111*60111111，通孔直徑為2111111。通孔01、02^及通孔01、03之間的距離0 = 40111111。
[0054] 按照標(biāo)定步驟，實(shí)驗(yàn)拍攝的圖片如下圖所示，機(jī)床在X方向上運(yùn)動(dòng)的距離L = 30mm，機(jī)床在Z軸方向下降的距離H = 50mm。
[00巧]實(shí)驗(yàn)一共進(jìn)行了 10次，每次將激光束的角度調(diào)整0. 5°，然后利用本發(fā)明提供的 方法進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)機(jī)床定位誤差為2um，CCD相機(jī)像素 為500萬(wàn)的時(shí)候，采用本發(fā)明所述的標(biāo)定方法，標(biāo)定出激光束偏角的誤差不超過0. 05°，本 發(fā)明具有很高的精度和效率。
[0056]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 調(diào)平標(biāo)定板使得其與機(jī)床Z軸垂直，所述標(biāo)定板具有三個(gè)通孔，第一通孔和第二通 孔間連線與第一通孔和第三通孔間連線垂直； (2) 使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板形成第一光斑，對(duì)投射有第一光斑的標(biāo) 定板成像； (3) 在機(jī)床Y軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)距離L，再使用激光位移傳感器發(fā)射激光 束至標(biāo)定板形成第二光斑，對(duì)投射有第二光斑的標(biāo)定板成像； (4) 在機(jī)床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)距離H，再使用激光位移傳感器發(fā)射激光 束至標(biāo)定板形成第三光斑，對(duì)投射有第三光斑的標(biāo)定板成像； (5) 計(jì)算激光束與機(jī)床主軸的偏角，具體為： 在標(biāo)定板上以第一通孔為標(biāo)定坐標(biāo)系原點(diǎn)，第一通孔和第二通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系X 軸，第一通孔和第三通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系Y軸； 將第一、二、三光斑在成像中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記為U1, y^、（x2， y2)、（χ3, y3); 構(gòu)建第一光斑與第二光斑連線方程L12:a iX+bJ+Ci= 0, a i、匕和c i為直線方程系數(shù)； 構(gòu)建第二光斑與第三光斑連線方程L23:a 2X+b2Y+c2= 0, a 2、c 2為直線方程系數(shù)； 計(jì)算激光束與機(jī)床Z軸夾角Z a =arctan(L/H); 計(jì)算激光束在機(jī)床XOY平面上的投影與機(jī)床Y軸的夾角Z β larctanUaft^-adb)/ (adafbft^))。
2. -種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 調(diào)平標(biāo)定板使得其與機(jī)床Z軸垂直，所述標(biāo)定板具有三個(gè)通孔，第一通孔和第二通 孔連線與第一通孔和第三通孔連線垂直； (2) 使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板形成第一光斑，對(duì)投射有第一光斑的標(biāo) 定板成像； (3) 在機(jī)床X軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)距離L，使用激光位移傳感器發(fā)射激光束 至標(biāo)定板形成第二光斑，對(duì)投射有第二光斑的標(biāo)定板成像； (4) 在機(jī)床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)距離H，使用激光位移傳感器發(fā)射激光束 至標(biāo)定板形成第三光斑，對(duì)投射有第三光斑的標(biāo)定板成像； (5) 計(jì)算激光束與機(jī)床主軸的偏角，具體為： 在標(biāo)定板上以第一通孔為標(biāo)定坐標(biāo)系原點(diǎn)，第一通孔和第二通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系X 軸，第一通孔和第三通孔連線為標(biāo)定坐標(biāo)系Y軸； 將第一、二、三光斑在成像中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為標(biāo)定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，記為U1, y^、（x2， y2)、（χ3, y3); 構(gòu)建第一光斑與第二光斑連線方程L12:a iX+bJ+Ci= 0, a pbJP c i為直線方程系數(shù)；以 及構(gòu)建第二光斑與第三光斑連線方程L23:a 2X+b2Y+c2= 0, a 2、bjP c 2為直線方程系數(shù)； 計(jì)算激光束與機(jī)床Z周夾角Z a =arctan(Dx/H); 計(jì)算激光束在機(jī)床XOY平面上的投影與機(jī)床X軸的夾角Z Y larctanUaft^-adb)/ (adafbft^))。
3. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法的裝置，其特征在于，包括標(biāo)定 板、調(diào)平裝置、CCD相機(jī)和處理器；所述標(biāo)定板設(shè)置于調(diào)平裝置上，其具有三個(gè)通孔，其中第 一通孔和第二通孔連線與第一通孔和第三通孔連線垂直；所述C⑶相機(jī)用于對(duì)投射有光斑 的標(biāo)定板進(jìn)行成像；所述處理器對(duì)成像進(jìn)行數(shù)字圖像分析得到激光束與機(jī)床主軸的偏角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定板采用陶瓷材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)定板的第一通孔和第二通孔間距 與第一通孔和第三通孔間距相等。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種激光束現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定方法，具體為：調(diào)平標(biāo)定板，所述標(biāo)定板具有三個(gè)通孔，兩兩通孔之間連線垂直；使用激光位移傳感器發(fā)射激光束至標(biāo)定板并成像；在機(jī)床Y軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)一段距離，再發(fā)射激光束至標(biāo)定板并成像；在機(jī)床Z軸方向驅(qū)使激光位移傳感器移動(dòng)一段距離，再發(fā)射激光束至標(biāo)定板并成像；依據(jù)三張成像上三通孔位置關(guān)系計(jì)算激光束與機(jī)床主軸的偏角。本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，包括標(biāo)定板、調(diào)平裝置、CCD相機(jī)和處理器。本發(fā)明通過機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)激光位移傳感器，采用CCD相機(jī)拍攝激光束光斑在標(biāo)定板上的圖像，通過數(shù)字圖像分析精確測(cè)定激光束的方位特性，以對(duì)后期的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。
【IPC分類】G01B11-02, G01B11-00
【公開號(hào)】CN104567690
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410829642
【發(fā)明人】李斌, 熊忠星, 李沨, 鄭飛, 劉紅奇, 毛新勇, 彭芳瑜
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日