CN111707186A - 一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件，其由同一根轴上的七个功能轴段组成：包括两个圆台安装定位轴段、两个圆柱校验轴段、两个偏心圆柱校验轴段、一个测量坐标系标定轴段；圆台安装定位轴段主要包括标准球锥孔座和安装定位圆锥面；测量坐标系标定轴段包括找正平面、竖向阶梯面、横向阶梯面、“十”字槽。在直射式点激光三坐标测量装置标定过程中，该标定试件可有效抑制激光三角测量中景深和倾角误差对标定精度的影响，并检测激光传感器安装的俯仰与偏摆误差；圆台安装定位轴段的标准球锥孔座可放置标准球，用于接触式三坐标测量机对标定件进行标定；圆柱校验轴段和偏心圆柱校验轴段可用于坐标系标定有效性的检测判定。

Description

一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件
技术领域
本发明涉及非接触式检测装置的标定试件，特别涉及一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件
背景技术
在三坐标测量装置首次对零件进行检测之前，需要对三坐标测量装置进行标定，检测装置测量坐标系的标定精度直接影响到零件检测测量值的准确性。传统接触式三坐标采用标准球进行标定，而在直射式点激光三坐标测量中，相对于应用标准球进行的测量坐标系标定方式，应用该标定试件可有效抑制激光三角光学测量中景深误差与倾角误差对标定精度的影响。
专利CN201820375099虽然可以对测量坐标系进行标定，但其标定件采用圆柱面进行径向定位，其安装配合间隙会影响标定件轴线与转台轴线的重合度，在测量过程中会引入额外的***误差；其无阶梯面特征，不能对直射式点激光位姿的正确性进行测试检验，会导致测量值的不确定性；其安装定位方式仅适用于转台上有圆柱孔的形式，不能适应常见回转轴的顶尖定位方式；其不具备对称分布的标定特征结构域，不能适应测量装置中可能存在的干涉情况。
发明内容
本发明提供一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件。
所述两个圆台定位轴段分别位于标定件两个端部，并且关于试件XOY坐标系平面对称，圆台定位轴段I包括标准球锥孔座(101)和定位圆锥面(102)；圆圆台定位轴段II包括标准球锥孔座(201)和定位圆锥面(202)，标准球锥孔座(101)、标准球锥孔座(201)均为锥形沉孔，用于标准球的放置定位和顶尖定位，其轴线与标定试件坐标系Z轴重合；定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)为所述标定试件在检测装置中进行坐标系标定时的径向和轴向定位安装面，定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)轴线与标定试件坐标系Z轴重合，定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)大端所在平面与试件坐标系的XOY基准面的距离为已知固定值。
所述两个偏心校验轴段分别位于两个圆柱校验轴段外端，并且关于试件XOY坐标系平面对称，两个偏心校验轴段分别由偏心圆柱面(103)、偏心圆柱面(203)构成，作为坐标系标定的检测验证特征面或测量验证特征面。
所述两个圆柱校验轴段分别位于坐标系标定轴段外端，并且关于试件XOY坐标系平面对称，两个圆柱校验轴段分别由圆柱面(104)、圆柱面(204)构成，作为坐标系标定的检测验证特征面。
所述坐标系标定轴段由横向阶梯面(105)、(106)、(107)，竖向阶梯面(205)、(206)、(207)，“十”字槽(108)，找正平面(208)组成；横向阶梯面(105)、(106)、(107)与找正平面(208)相互垂直，且都平行于试件坐标系Z轴，试件坐标系Z轴到横向阶梯面(105)和找正平面(208)的距离相等且已知，横向阶梯面(105)、(106)、(107)之间的相对距离已知，在直射式点激光对横向阶梯面(105)、(106)、(107)探测过程中，如果直射式点激光有俯仰角度，则会使直射式点激光在三个阶梯面上的读数差与阶梯面间的已知设计值不相等，从而反映出测头的俯仰角度；竖向阶梯面(205)、(206)、(207)与找正平面(208)相互垂直，且都平行于试件坐标系Z轴，试件坐标系Z轴到竖向阶梯面(205)和找正平面(208)的距离相等且已知，竖向阶梯面(205)、(206)、(207)之间的相对距离已知，在直射式点激光对竖向阶梯面(205)、(206)、(207)探测过程中，如果直射式点激光有偏摆角度，则会使直射式点激光在三个阶梯面上的读数差与阶梯面间的已知设计值不相等，从而反映出测头的偏摆角度，为测头姿态调整提供参考；“十”字槽(108)位于找正平面(208)对面，所述“十”字槽(108)的横截面为矩形，“十”字槽(108)关于试件坐标系XOZ平面对称、“十”字槽(108)的水平槽与竖直槽相互垂直，且“十”字槽(108)水平槽的对称面与试件坐标系XOY平面重合，“十”字槽(108)的竖直槽和水平槽直角棱边分别构成测量装置坐标系Y轴、Z轴线性零位的标定特征，在直射式点激光探测过程中，直角棱边导致直射式点激光测量值突变，从而反映直射式点激光在测量装置坐标系中的位置；找正平面(208)为测量装置X轴线性零位标定特征面，辅助标定件找正。
所述“十”字槽(108)槽口宽度大于直射式点激光有效量程内的最大光斑尺寸。
所述试件坐标系原点在圆柱面(104)、圆柱面(204)轴线与“十”字槽(108)的水平对称面交点处。
本发明的有益效果是：用“十”字槽(108)与找正平面(208)来代替标准球进行标定，可有效抑制激光三角光学测量中景深误差与倾角误差对标定精度的影响，“十”字槽(108)构成的直角棱边突变特征也有利于标定的精确性；其圆台定位轴段上的标准球锥孔座(101)、(201)可用于三坐标测量机对标定件进行精度标定同时也可用于双顶尖定位的装夹形式；采用定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)进行径向和轴向定位，能够保证标定件轴线与转台轴线的重合度，减小***误差；横向阶梯面(105)、(106)、(107)和竖向阶梯面(205)、(206)、(207)能够对激光测头位姿进行检测，辅助其位姿调整；采用对称分布的标定特征结构，可以适应测量装置中可能存在的干涉情况。
附图说明
图1为一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件的轴测图I,图2为一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件的轴测图II。
图示标记为：101、201-标准球锥孔座，102、202-定位圆锥面，103、203-偏心圆柱面，104、204-圆柱面，105、106、107-横向阶梯面，205、206、207-竖阶梯面，108-找正平面，208-“十”字槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细的描述；
一种激光三角光学检测装置的标定试件，其包括：两个圆台定位轴段、两个圆柱校验轴段、两个偏心圆柱校验轴段、一个坐标系标定轴段。
所述两个圆台定位轴段分别位于标定件两个端部，并且关于试件XOY坐标系平面对称，圆台定位轴段I包括标准球锥孔座(101)和定位圆锥面(102)；圆台定位轴段II包括标准球锥孔座(201)和定位圆锥面(202)，圆台定位轴段II包括标准球锥孔座(201)和定位圆锥面(202)，标准球锥孔座(101)、标准球锥孔座(201)均为锥形沉孔，用于标准球的放置定位和顶尖定位，其轴线与标定试件坐标系Z轴重合；定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)为所述标定试件在检测装置中进行坐标系标定时的径向和轴向定位安装面，定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)轴线与标定试件坐标系Z轴重合，定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)大端所在平面与试件坐标系的XOY基准面的距离为已知固定值。
所述两个偏心校验轴段分别位于两个圆柱校验轴段外端，并且关于试件XOY坐标系平面对称，两个偏心校验轴段分别由偏心圆柱面(103)、偏心圆柱面(203)构成，作为坐标系标定的检测验证特征面或测量验证特征面。
所述两个圆柱校验轴段分别位于坐标系标定轴段外端，并且关于试件XOY坐标系平面对称，两个圆柱校验轴段分别由圆柱面(104)、圆柱面(204)构成，作为坐标系标定的检测验证特征面。
所述坐标系标定轴段由横向阶梯面(105)、(106)、(107)，竖向阶梯面(205)、(206)、(207)，“十”字槽(108)，找正平面(208)组成；横向阶梯面(105)、(106)、(107)与找正平面(208)相互垂直，且都平行于试件坐标系Z轴，试件坐标系Z轴到横向阶梯面(105)和找正平面(208)的距离相等且已知，横向阶梯面(105)、(106)、(107)之间的相对距离已知，在直射式点激光对横向阶梯面(105)、(106)、(107)探测过程中，如果直射式点激光有俯仰角度，则会使直射式点激光在三个阶梯面上的读数差与阶梯面间的已知设计值不相等，从而反映出测头的俯仰角度；竖向阶梯面(205)、(206)、(207)与找正平面(208)相互垂直，且都平行于试件坐标系Z轴，试件坐标系Z轴到竖向阶梯面(205)和找正平面(208)的距离相等且已知，竖向阶梯面(205)、(206)、(207)之间的相对距离已知，在直射式点激光对竖向阶梯面(205)、(206)、(207)探测过程中，如果直射式点激光有偏摆角度，则会使直射式点激光在三个阶梯面上的读数差与阶梯面间的已知设计值不相等，从而反映出测头的偏摆角度，为测头姿态调整提供参考；“十”字槽(108)位于找正平面(208)对面，所述“十”字槽(108)的横截面为矩形，“十”字槽(108)关于试件坐标系XOZ平面对称、“十”字槽(108)的水平槽与竖直槽相互垂直，且“十”字槽(108)水平槽的对称面与试件坐标系XOY平面重合，“十”字槽(108)的竖直槽和水平槽直角棱边分别构成测量装置坐标系Y轴、Z轴线性零位的标定特征，在直射式点激光探测过程中，直角棱边导致直射式点激光测量值突变，从而反映直射式点激光在测量装置坐标系中的位置；找正平面(208)为测量装置X轴线性零位标定特征面，辅助标定件找正。
所述“十”字槽(108)槽口宽度大于直射式点激光有效量程内的最大光斑尺寸。
所述试件坐标系原点在圆柱面(104)、圆柱面(204)轴线与“十”字槽(108)的水平对称面交点处。
以上仅为本发明的较佳实施例。凡依本发明申请范围所做的等价变化与改进，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件，其特征在于，其包括：两个圆台安装定位轴段、两个偏心圆柱校验轴段、两个圆柱校验轴段、一个坐标系标定轴段；
所述两个圆台定位轴段分别位于标定件两个端部，并且关于试件XOY坐标系平面对称，圆台定位轴段I包括标准球锥孔座(101)和定位圆锥面(102)；圆台定位轴段II包括标准球锥孔座(201)和定位圆锥面(202)，标准球锥孔座(101)、标准球锥孔座(201)均为锥形沉孔，用于标准球的放置定位和顶尖定位，其轴线与标定试件坐标系Z轴重合；定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)为所述标定试件在检测装置中进行坐标系标定时的径向和轴向定位安装面，定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)轴线与标定试件坐标系Z轴重合，定位圆锥面(102)、定位圆锥面(202)大端所在平面与试件坐标系的XOY基准面的距离为已知固定值；
所述两个偏心校验轴段分别位于两个圆柱校验轴段外端，并且关于试件XOY坐标系平面对称，两个偏心校验轴段分别由偏心圆柱面(103)、偏心圆柱面(203)构成，作为坐标系标定的检测验证特征面或测量验证特征面；
所述两个圆柱校验轴段分别位于坐标系标定轴段外端，并且关于试件XOY坐标系平面对称，两个圆柱校验轴段分别由圆柱面(104)、圆柱面(204)构成，作为坐标系标定的检测验证特征面；
所述坐标系标定轴段由横向阶梯面(105)、(106)、(107)，竖向阶梯面(205)、(206)、(207)，“十”字槽(108)，找正平面(208)组成；横向阶梯面(105)、(106)、(107)与找正平面(208)相互垂直，且都平行于试件坐标系Z轴，试件坐标系Z轴到横向阶梯面(105)和找正平面(208)的距离相等且已知，横向阶梯面(105)、(106)、(107)之间的相对距离已知，在直射式点激光对横向阶梯面(105)、(106)、(107)探测过程中，如果直射式点激光有俯仰角度，则会使直射式点激光在三个阶梯面上的读数差与阶梯面间的已知设计值不相等，从而反映出测头的俯仰角度；竖向阶梯面(205)、(206)、(207)与找正平面(208)相互垂直，且都平行于试件坐标系Z轴，试件坐标系Z轴到竖向阶梯面(205)和找正平面(208)的距离相等且已知，竖向阶梯面(205)、(206)、(207)之间的相对距离已知，在直射式点激光对竖向阶梯面(205)、(206)、(207)探测过程中，如果直射式点激光有偏摆角度，则会使直射式点激光在三个阶梯面上的读数差与阶梯面间的已知设计值不相等，从而反映出测头的偏摆角度，为测头姿态调整提供参考；“十”字槽(108)位于找正平面(208)对面，所述“十”字槽(108)的横截面为矩形，“十”字槽(108)关于试件坐标系XOZ平面对称、“十”字槽(108)的水平槽与竖直槽相互垂直，且“十”字槽(108)水平槽的对称面与试件坐标系XOY平面重合，“十”字槽(108)的竖直槽和水平槽直角棱边分别构成测量装置坐标系Y轴、Z轴线性零位的标定特征，在直射式点激光探测过程中，直角棱边导致直射式点激光测量值突变，从而反映直射式点激光在测量装置坐标系中的位置；找正平面(208)为测量装置X轴线性零位标定特征面，辅助标定件找正。
2.根据权利要求1所述的一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件，其特征在于所述“十”字槽(108)槽口宽度大于直射式点激光有效量程内的最大光斑尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种直射式点激光三坐标测量装置的标定试件，其特征在于所述试件坐标系原点在圆柱面(104)、圆柱面(204)轴线与“十”字槽(108)的水平对称面交点处。
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