CN104019750B - 一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置和方法，该装置由第一靶球、第二靶球、微调机构、横臂、横臂支座、配重块、计算机、第一角度块、横臂转台、第二角度块、激光跟踪仪、工件转台、待测镜面、接触式传感器和工作台面组成；横臂绕横臂转台轴心线旋转，接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成绕横臂转台轴心线旋转的圆弧轨迹，激光跟踪仪分别跟踪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成的圆弧轨迹，通过计算机的数据处理，得到接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即摆臂式轮廓仪有效臂长。

Description

一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置和方法

技术领域

本发明属于几何量精密测试领域，涉及摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置和方法，适用于摆臂式轮廓仪有效臂长的测量。

背景技术

摆臂式轮廓仪的有效臂长是指：接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的垂直距离。

摆臂式轮廓仪是一种有效的光学镜面加工过程的在位检测仪器，其最大的特点是直接安装在待测光学镜面旁，将待测光学镜面加工机床的转台作为摆臂式轮廓仪的工作转台使用，对待测镜面进行实现在位检测。在摆臂式轮廓仪测量过程中，有效臂长对摆臂式轮廓仪测量的面形结果会产生影响；有效臂长对面形上点坐标造成影响，在点坐标存在误差的前提下，无法保证镜面的继续精确加工；在利用摆臂式轮廓仪双测头扫描数据拼接技术实现工件转台误差分离时，有效臂长的测量误差将会影响数据拼接的精度。

由于摆臂式轮廓仪的有效臂长是空间的一个虚拟几何尺寸，无法用传统的几何量测量方法进行测量，国内外未见摆臂式轮廓仪有效臂长测量的相关报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术有效臂长对面形上点坐标造成影响，有效臂长的测量误差影响数据拼接的精度的技术问题，本发明的目的是提供能精确测量摆臂式轮廓仪的有效臂的测量装置和方法。

(二)技术方案

本发明的第一方面，提供一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，该装置由第一靶球、第二靶球、微调机构、横臂、横臂支座、配重块、计算机、第一角度块、横臂转台、第二角度块、激光跟踪仪、工件转台、待测镜面、接触式传感器和工作台面组成，其中：第一靶球、第二靶球靠磁力吸附连接于微调机构上；横臂的一端置于微调机构的安装孔中；横臂支座的一端具有一通孔，横臂的另一端置于并穿过通孔；配重块与横臂的另一端连接，用于平衡接触式传感器和横臂，用以保证横臂转台保持平稳的旋转；第一角度块的上端面与横臂支座的底端面固定连接；横臂转台上端面与第一角度块的斜端面固定连接；第二角度块的斜端面与横臂转台下端面固定连接；第二角度块的下端面固定安装在工作台面上；激光跟踪仪置于靠近横臂转台的轴心线的位置，并保证激光跟踪仪不能干涉横臂转台转动，激光跟踪仪的底端面置于工作台面上；待测镜面位于工件转台上；接触式传感器的一端与微调机构连接，接触式传感器的测头外轮廓与待测镜面接触；横臂绕横臂转台的轴心线旋转，带动接触式传感器、第一靶球和第二靶球绕横臂转台的轴心线旋转，同时第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成绕横臂转台的轴心线旋转的圆弧轨迹，激光跟踪仪分别跟踪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成的圆弧轨迹；计算机通过数据采集线与激光跟踪仪的数据端连接，对第一靶球的球心和第二靶球的球心的圆弧轨迹数据处理，获得摆臂式轮廓仪有效臂长。

本发明的第二方面，提供一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量方法，包括步骤如下：

步骤S1：由已知的接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心的空间位置关系进行坐标平移变换，得到第一坐标系，从而得到接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心在第一坐标系下的坐标；

步骤S2：激光跟踪仪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心的初始位置，以及第一靶球和第二靶球绕横臂转台旋转形成的圆弧轨迹上的数据；

步骤S3：将第一坐标系旋转平移变换到激光跟踪仪坐标系，得到接触式传感器的测头球心在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

步骤S4：通过计算机实现对以上数据的处理，得到接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即摆臂式轮廓仪有效臂长。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明采用激光跟踪仪测量摆臂式轮廓仪有效臂长的方法，利用激光跟踪仪高精度的测量特点，准确测量出有效臂长，提高了有效臂长的测量精度，从而消除了有效臂长存在误差的前提下对面形上点坐标造成影响，能够保证镜面的继续精确加工；保证了利用摆臂式轮廓仪双测头扫描数据拼接技术实现工件转台误差分离的精度。同时该种方法可以更加方便快捷地测量有效臂长，为摆臂式轮廓仪在光学加工现场的在位测量提供了实用化的解决方案。

附图说明

图1是本发明测量摆臂式轮廓仪有效臂长的装置的结构示意图。

图2是本发明测量摆臂式轮廓仪有效臂长的方法流程图。

图3是第一靶球的球心、第二靶球的球心和接触式传感器的测头球心的空间位置关系。

图4是坐标平移后新的第一坐标系oxyz。

图5是激光跟踪仪扫描测量第一靶球的球心和第二靶球的球心。

图6是圆面及圆心求解参考图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，激光跟踪仪测量摆臂式轮廓仪有效臂长的装置的结构包括：第一靶球1、第二靶球2、微调机构3、横臂4、横臂支座5、配重块6、计算机7、第一角度块8、横臂转台9、第二角度块10、激光跟踪仪11、工件转台12、待测镜面13、接触式传感器14和工作台面15，其中：第一靶球1、第二靶球2靠磁力吸附连接于微调机构3上；横臂4的一端置于微调机构3的安装孔中；横臂支座5的一端具有一通孔，横臂4的另一端置于并穿过通孔；配重块6与横臂4的另一端连接，用于平衡接触式传感器14和横臂4，用以保证横臂转台9保持平稳的旋转；第一角度块8的上端面与横臂支座5的底端面固定连接；横臂转台9上端面与第一角度块8的斜端面固定连接；第二角度块10的斜端面与横臂转台9下端面固定连接；第二角度块10的下端面固定安装在工作台面15上；激光跟踪仪11置于靠近横臂转台9的轴心线的位置，并保证激光跟踪仪11不能干涉横臂转台9转动，激光跟踪仪11的底端面置于工作台面15上；待测镜面13位于工件转台12上；工件转台12安装于工作台面15上；接触式传感器14的一端与微调机构3连接，接触式传感器14的测头外轮廓与待测镜面13接触，横臂4绕横臂转台9的轴心线旋转，带动接触式传感器14、第一靶球1和第二靶球2绕横臂转台9的轴心线旋转，同时第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在空间形成绕横臂转台9的轴心线旋转的圆弧轨迹，激光跟踪仪11分别跟踪测量第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在空间形成的圆弧轨迹；计算机7通过数据采集线与激光跟踪仪11的数据端连接，得到并对第一靶球1的球心和第二靶球2的球心的圆弧轨迹数据处理，获得摆臂式轮廓仪有效臂长。

第一靶球1、第二靶球2由铁材料制成，并为反射式，直径为0.5英寸，主要反射来自激光跟踪仪10的激光，从而保证激光跟踪仪10可以跟踪测量第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在空间形成的圆弧轨迹上的数据。

激光跟踪仪11的测距范围大于60m，静态测量精度5μm/m，动态测量精度10μm/m，坐标重复性优于2.5μm/m。

工件转台12为加工现场的机床转台，用于支撑待测镜面13。

接触式传感器14分辨力为25nm，测量精度为50nm。

微调机构3可实现X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、俯仰方向和偏摆方向的微调。

横臂4和横臂支座5，用于连接横臂转台9和接触式传感器14，并完成对接触式传感器14的旋转运动。

第一角度块8、第二角度块10，用于支撑横臂转台9和横臂支座5，并使横臂转台9保持在设定的倾角；第一角度块8的角度范围为20°～40°、第二角度块10的角度范围为20°～40°。

横臂转台9为高精度气浮转台，横臂转台9的端面跳动为25nm，横臂转台9的角晃动为0.02″，用于实现接触式传感器14的旋转运动。

本发明摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置工作时，横臂4绕横臂转台9的轴心线旋转，带动接触式传感器14、第一靶球1和第二靶球2绕横臂转台9的轴心线旋转，同时第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在空间形成绕横臂转台9的轴心线旋转的圆弧轨迹，激光跟踪仪11分别跟踪测量第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在空间形成的圆弧轨迹，通过计算机的数据处理，对第一靶球1的球心和第二靶球2的球心的圆弧轨迹数据处理是得到两段圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标，利用两段圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标，获得两圆心坐标的空间直线方程即是横臂转台的轴心线方程；再利用空间点和空间直线的距离方程，求出得到接触式传感器14的测头球心到横臂转台9轴心线的距离，即摆臂式轮廓仪有效臂长。

如图2所示为摆臂式轮廓仪有效臂长的测量方法，所述测量方法利用摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置的测量步骤包括：

步骤S1：由已知的接触式传感器14的测头球心、第一靶球1的球心和第二靶球2的球心的空间位置关系进行坐标平移变换，得到第一坐标系，从而得到接触式传感器14的测头球心、第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在第一坐标系下的坐标；

如图3所示为第一靶球1的球心、第二靶球2的球心和接触式传感器14的测头球心在某一坐标系下空间位置关系：第一靶球1的球心坐标是(X₁Y₁Z₁)，第二靶球2的球心坐标是(X₂Y₂Z₂)，接触式传感器14的测头球心坐标是(X₃Y₃Z₃)。由坐标平移公式，将某一坐标系的坐标原点平移到第二靶球2的球心处，记此时得到的新直角坐标系为第一坐标系oxyz，如图4所示。由某一坐标系到第一坐标系的平移矩阵为[Δx₁Δy₁Δz₁]^T，则有：

$\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_1\\ {\mathrm{\Λy}}_1\\ {\mathrm{\Δz}}_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中Δx₁、Δy₁、Δz₁为平移矩阵参数，则有：[Δx₁Δy₁Δz₁]^T＝[-X₂-Y₂-Z₂]^T，由此可以得到第一靶球1的球心和接触式传感器14的测头球心在第一坐标系下的坐标分别为(X₁-X₂Y₁-Y₂Z₁-Z₂)，(X₃-X₂Y₃-Y₂Z₃-Z₂)。

综上第一靶球1的球心、第二靶球2的球心和接触式传感器14的测头球心在第一坐标系下的坐标分别为(X₁-X₂Y₁-Y₂Z₁-Z₂)，(000)，(X₃-X₂Y₃-Y₂Z₃-Z₂)。

步骤S2：激光跟踪仪11测量第一靶球1的球心和第二靶球2的球心的初始位置，以及第一靶球1和第二靶球2绕横臂转台9旋转形成的圆弧轨迹上的数据。

第一靶球1、第二靶球2和接触式传感器14放置于图1所示初始位置，激光跟踪仪11分别测量第一靶球1的球心、第二靶球2的球心在激光跟踪仪11坐标系下初始位置空间坐标，第一靶球1的球心、第二靶球2的球心的坐标分别为(X₁₀Y₁₀Z₁₀)、(X₂₀Y₂₀Z₂₀)。然后激光跟踪仪11跟踪扫描第一靶球1的球心、第二靶球2的球心绕横臂转台9轴心线旋转的轨迹，激光跟踪仪11测得第一靶球1的球心在旋转轨迹上的坐标的数据为(X₁₁Y₁₁Z₁₁)、(X₁₂Y₁₂Z₁₂)、…、(X_1iY_1iZ_1i)、…、(X_1nY_1nZ_1n)，激光跟踪仪11测得第二靶球2的球心在旋转轨迹上的坐标的数据为(X₂₁Y₂₁Z₂₁)、(X₂₂Y₂₂Z₂₂)、…、(X_2iY_2iZ_2i)、…、(X_2nY_2nZ_2n)，如图5所示。

步骤S3：将第一坐标系旋转平移变换到激光跟踪仪坐标系，可以得到接触式传感器14的测头球心在激光跟踪仪坐标系下的坐标。

将第一靶球1的球心、第二靶球2的球心和接触式传感器14的测头球心在第一坐标系下的坐标(X₁-X₂Y₁-Y₂Z₁-Z₂)、(000)、(X₃-X₂Y₃-Y₂Z₃-Z₂)转换到激光跟踪仪11坐标系下，需要通过坐标系的旋转平移变换。不妨记旋转矩阵为R，平移矩阵为PL。

由于第一靶球1的球心、第二靶球2的球心都分别位于第一坐标系和激光跟踪仪11坐标系下，则有：

$\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{X}_{10}\\ Y_{10}\\ Z_{10}\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}{X}_1-X_2\\ Y_1-Y_2\\ Z_1-Z_2\end{array}\right]+\mathrm{PL}\end{array}\\ \left[\begin{array}{c}{X}_{20}\\ Y_{20}\\ Z_{20}\end{array}\right]=\mathrm{PL}\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中R是旋转矩阵，PL是平移矩阵，可以得到：

PL＝[X₂₀Y₂₀Z₂₀]^T(3)

$\left[\begin{array}{c}{X}_{10}-X_{20}\\ Y_{10}-Y_{20}\\ Z_{10}-Z_{20}\end{array}\right]/\left[\begin{array}{c}{X}_1-X_2\\ Y_1-Y_2\\ Z_1-Z_2\end{array}\right]---\left(4\right)$

式中“/”为矩阵的右除。

记接触式传感器14的测头球心在激光跟踪仪11坐标系下的位置为P点，设P的坐标为(X₀Y₀Z₀)，则有：

$\left[\begin{array}{c}{X}_0\\ Y_0\\ Z_0\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}{X}_3-X_2\\ Y_3-Y_2\\ Z_3-Z_2\end{array}\right]+\mathrm{PL}---\left(5\right)$

步骤S4：通过计算机实现对以上数据的处理，得到接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即摆臂式轮廓仪有效臂长。

拟合出横臂转台9轴心线在激光跟踪仪11坐标系中的方程，需要拟合出第一靶球1的球心和第二靶球2的球心在激光跟踪仪11坐标系下所在的圆面的圆心坐标，以下为第一靶球1的球心圆弧轨迹所在平面的圆心坐标的求解过程并结合图6进行阐述。

O为第一靶球1的球心圆弧轨迹所在圆面的圆心，P₀、P₁、P₀₁为轨迹上的点。首先求出平面P₀P₁O的方程，设AX_1i+BY_1i+CZ_1i-D＝0。在测量的时候平面不经过原点，因此在此处就可以使D＝1。第一靶球1的球心圆弧轨迹均在该平面上，则有：

$\left[\begin{array}{ccc}{X}_{10}& Y_{10}& Z_{10}\\ X_{11}& Y_{11}& Z_{11}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_{1n}& Y_{1n}& Z_{1n}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}A\\ B\\ C\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right]=0---\left(6\right)$

式中A、B、C为平面方程参数，记N为系数矩阵，则 $N=\left[\begin{array}{ccc}{X}_{10}& Y_{10}& Z_{10}\\ X_{11}& Y_{11}& Z_{11}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ X_{1n}& Y_{1n}& Z_{1n}\end{array}\right],l=\left[\begin{array}{c}1\\ 1\\ .\\ .\\ .\\ 1\end{array}\right],$ 可以得到： $\left[\begin{array}{c}A\\ B\\ C\end{array}\right]={\left(N^{T}N\right)}^{-1}{N}^{T}l.$

在图6中，设O的坐标为(x₀y₀z₀)，向量 $\stackrel{\→}{P_0{P}_1}=(X_{11}-X_{10},Y_{11}-Y_{10},Z_{11}-Z_{10}),$ P₀₁是点P₀和P₁的中点，容易得到 $\stackrel{\→}{{\mathrm{OP}}_{01}},$ 则有：

Δx₀₁x₀+Δy₀₁y₀+Δz₀₁z₀-l₀＝0(7)

式中Δx₀₁＝X₁₁-X₁₀，Δy₀₁＝Y₁₁-Y₁₀，Δz₀₁＝Z₁₁-Z₁₀， $l_0=\frac{(X_{11}^2+Y_{11}^2+Z_{11}^2)-(X_{10}^2+Y_{10}^2+Z_{10}^2)}{2}.$

由第一靶球1的球心圆弧轨迹数据(X₁₀Y₁₀Z₁₀)、(X₁₁Y₁₁Z₁₁)、(X₁₂Y₁₂Z₁₂)、…、(X_1iY_1iZ_1i)、…、(X_1nY_1nZ_1n)这(n+1)个点可以列出n个线性无关的中垂面方程，将其与(6)式联立得：

$\left[\begin{array}{ccc}A& B& C\\ {\mathrm{\Δx}}_{01}& {\mathrm{\Δy}}_{01}& {\mathrm{\Δz}}_{01}\\ {\mathrm{\Δx}}_{12}& {\mathrm{\Δy}}_{12}& {\mathrm{\Δz}}_{12}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ {\mathrm{\Δx}}_{(n-1)n}& {\mathrm{\Δy}}_{(n-1)n}& \mathrm{\Δ}{z}_{(n-1)n}\end{array}\right]*\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}1\\ l_0\\ l_1\\ .\\ .\\ .\\ l_{(n-1)}\end{array}\right]---\left(8\right)$

式中x₀、y₀、z₀为O点坐标参数，记W为系数矩阵， $W=\left[\begin{array}{ccc}A& B& C\\ {\mathrm{\Δx}}_{01}& {\mathrm{\Δy}}_{01}& {\mathrm{\Δz}}_{01}\\ {\mathrm{\Δx}}_{12}& {\mathrm{\Δy}}_{12}& {\mathrm{\Δz}}_{12}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ {\mathrm{\Δx}}_{(n-1)n}& {\mathrm{\Δy}}_{(n-1)n}& \mathrm{\Δ}{z}_{(n-1)n}\end{array}\right],L_1=\left[\begin{array}{c}1\\ l_0\\ l_1\\ .\\ .\\ .\\ l_{(n-1)}\end{array}\right],$ 可以得到 $\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\\ z_0\end{array}\right]={\left(W^{T}W\right)}^{-1}{W}^T{L}_1.$

第二靶球2的球心圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标处理过程与第一靶球2的球心圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标处理过程一样，在此处不再详细介绍，设求得第二靶球2的球心圆弧轨迹所在圆面的圆心O₁坐标为(x₁y₁z₁)，此时横臂转台9轴心线所在空间直线为OO₁，如图5所示。

此时有效臂长L指的是接触式传感器14的测头球心P到横臂转台9轴心线所在空间直线OO₁的垂直距离，直线OO₁的方程为：

$\frac{x-x_1}{x_1-x_0}=\frac{y-y_1}{y_1-y_0}=\frac{z-z_1}{z_1-z_0}---\left(9\right)$

由空间点到空间直线的距离方程，可以得到P(X₀Y₀Z₀)到直线OO₁的垂直距离：

$L=\left|\frac{\left|\begin{array}{ccc}i& j& k\\ x_1-x_0& y_1-y_0& z_1-z_0\\ X_0-x_1& Y_0-y_1& Z_0-z_1\end{array}\right|}{\sqrt{{(x_1-x_0)}^2+{(y_1-y_0)}^2+{(z_1-z_0)}^2}}\right|---\left(10\right)$

式中，i，j，k为直角坐标系单位向量。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (8)

1.一种摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：由第一靶球、第二靶球、微调机构、横臂、横臂支座、配重块、计算机、第一角度块、横臂转台、第二角度块、激光跟踪仪、工件转台、待测镜面、接触式传感器和工作台面组成，其中：第一靶球、第二靶球靠磁力吸附连接于微调机构上；横臂的一端置于微调机构的安装孔中；横臂支座的一端具有一通孔，横臂的另一端置于并穿过通孔；配重块与横臂的另一端连接，用于平衡接触式传感器和横臂，用以保证横臂转台保持平稳的旋转；第一角度块的上端面与横臂支座的底端面固定连接；横臂转台上端面与第一角度块的斜端面固定连接；第二角度块的斜端面与横臂转台下端面固定连接；第二角度块的下端面固定安装在工作台面上；激光跟踪仪置于靠近横臂转台的轴心线的位置，并保证激光跟踪仪不能干涉横臂转台转动，激光跟踪仪的底端面置于工作台面上；待测镜面位于工件转台上；接触式传感器的一端与微调机构连接，接触式传感器的测头外轮廓与待测镜面接触；横臂绕横臂转台的轴心线旋转，带动接触式传感器、第一靶球和第二靶球绕横臂转台的轴心线旋转，同时第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成绕横臂转台的轴心线旋转的圆弧轨迹，激光跟踪仪分别跟踪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成的圆弧轨迹；计算机通过数据采集线与激光跟踪仪的数据端连接，对第一靶球的球心和第二靶球的球心的圆弧轨迹数据处理，获得摆臂式轮廓仪有效臂长。

2.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述的激光跟踪仪的测距范围大于60m，静态测量精度5μm/m，动态测量精度10μm/m，坐标重复性优于2.5μm/m。

3.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述对第一靶球的球心和第二靶球的球心的圆弧轨迹数据处理，是得到两段圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标，利用两段圆弧轨迹所在圆面的圆心坐标，获得两圆心坐标的空间直线方程即是横臂转台的轴心线方程；再利用空间点和空间直线的距离方程，求出接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即为摆臂式轮廓仪的有效臂长。

4.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述第一靶球、第二靶球由铁材料制成，并为反射式，用于反射来自激光跟踪仪的激光，从而保证激光跟踪仪跟踪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心在空间形成的圆弧轨迹上的数据。

5.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述接触式传感器的分辨力为25nm，测量精度为50nm。

6.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述微调机构为能实现X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、俯仰方向和偏摆方向的微调。

7.根据权利要求1所述的摆臂式轮廓仪有效臂长的测量装置，其特征在于：所述横臂转台为气浮转台，横臂转台的端面跳动为25nm，横臂转台的角晃动为0.02″，用于实现接触式传感器的旋转运动。

8.一种根据权利要求1～7任一项所述的测量装置对摆臂式轮廓仪有效臂长进行测量的方法，包括步骤如下：

步骤S1:由已知的接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心的空间位置关系进行坐标平移变换，得到第一坐标系，从而得到接触式传感器的测头球心、第一靶球的球心和第二靶球的球心在第一坐标系下的坐标；

步骤S2:激光跟踪仪测量第一靶球的球心和第二靶球的球心的初始位置，以及第一靶球和第二靶球绕横臂转台旋转形成的圆弧轨迹上的数据；

步骤S3:将第一坐标系旋转平移变换到激光跟踪仪坐标系，得到接触式传感器的测头球心在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

步骤S4:通过计算机实现对以上数据的处理，得到接触式传感器的测头球心到横臂转台轴心线的距离，即摆臂式轮廓仪有效臂长。