CN113310422B - 一种工件特征间距的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件特征间距的测量装置及测量方法，属于几何量测量技术领域，所述装置包括呈球形且设于被测工件旁的测量器，以及通过测量座与所述测量器活动连接的测量支架，所述测量器可在测量座上360度旋转；所述测量器包括为透明玻璃体的球形壳体、呈球形的光学传感器模块、三轴倾角传感器、处理器以及显示面板；本发明还提供的一种工件特征间距的测量方法，解决了通过各测量位置中心处三维坐标或通过边缘处不共线若干边缘点拟合得到其几何中心的三维坐标，并根据三维坐标计算得到测量位置间距离的问题。

Description

一种工件特征间距的测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于几何量测量技术领域，尤其涉及一种工件特征间距的测量装置及测量方法。

背景技术

机械加工中的工件，通常包括如孔，凹槽以及凸台等特征，加工过程中需要控制这些特征之间的距离满足精度要求，例如，孔系之间的间距，孔与凹槽，孔与凸台等之间的间距，如果间距不满足要求则会造成加工出来的工件无法使用而报废。

现有技术中测量间距的方式有很多种，常见的有通过卷尺、卡尺等量具测量，但对于包括多个特征的复杂工件，需要测量的两个特征之间还可能包括其他特征，例如两个孔之间有凸台阻挡无法使用量具，还有例如测量孔与凸台之间的间距，由于孔与凸台之间很难找到基准面从而无法使用量具测量两者之间的距离。常见的测量间距的方法还包括视觉测量法，通过对工件进行拍照采集其图像，通过图像处理获得特征轮廓，从而获得特征坐标计算特征间距，但该方法对于包括多个特征的复杂工件同样存在缺陷，由于特征较多，需要对各个特征进行轮廓提取，还要进行形状拟合等，运算量大，处理速度慢，无需适应车间现场实时测量的需要，还有特征之间往往存在遮挡，例如在某一角度测量凸台会遮挡孔，无法获得孔的图像，通常需要多角度测量，且测量方法复杂。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种工件特征间距的测量装置及测量方法解决了通过各测量位置中心处三维坐标或通过边缘处不共线若干边缘点拟合得到其几何中心的三维坐标，并根据三维坐标计算得到测量位置间距离的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种工件特征间距的测量装置，包括呈球形且设于被测工件旁的测量器，以及通过测量座与所述测量器活动连接的测量支架，所述测量器可在测量座上360度旋转；

所述测量器包括透明玻璃体的球形壳体、呈球形的光学传感器模块、三轴倾角传感器、处理器以及显示面板；

所述光学传感器模块设于球形壳体内部球心位置处；所述三轴倾角传感器设于球形壳体内部；所述显示面板嵌设于球形壳体外侧表面；所述处理器相对显示面板设于球形壳体内侧表面。

本发明的有益效果为：本发明提供的工件特征间距的测量装置，其测量器呈在测量座上360度旋转，且所述球形壳体为透明玻璃体可避免对测量光束的发射和接收的影响，使测量光束可到达测量位置，所述测量装置通过测量位置中心处或若干边缘不共线点，获得其几何中心三维坐标，获得工件间距，根据光强获得测量距离，并根据角度信息计算测量点三维坐标，准确性高，抗干扰能力强。

进一步地，所述光学传感器模块包括光发射器和光接收器，且所述光发射器和光接收器分体设置，或所述光发射器和光接收器合并构成发射和接收一体的测量结构。

采用上述进一步方案的有益效果为：所述光学传感器模块能够发射测量光束至测量位置，并能够接收被测工件测量位置处反射的光束，发射的测量光束可以为红外光、激光和可见光等多种类型的光束，且所述光学传感器模块包括光发射器和光接收器，所述光发射器和光接收器可以分体设置，也可以合并构成发射和接收一体的测量结构。

进一步地，所述光学传感器模块用于随测量器旋转并发射测量光束至测量位置；

所述三轴倾角传感器用于感测测量器的三维角度；

所述处理器用于计算测量位置相对初始零位的三维角度变化量，并根据三维角度变化量计算得到入射角α，且根据入射角α计算得到测量位置处光强I；所述处理器用于根据测量位置处光强I计算距离数据d，并根据三维角度变化量和距离数据d计算测量位置中心处三维坐标，且根据空间坐标距离公式计算各测量位置间的距离，其中，测量光束入射方向对应入射角α；

所述显示面板用于显示三维角度、三维角度变化量、入射角α、测量位置处光强I、距离数据d以及各测量位置间的距离。

采用上述进一步方案的有益效果为：本发明提供的测量装置可通过光学传感器模块发射测量光束至测量位置，通过三轴倾角传感器测量得到测量位置处三维坐标，所述处理器可计算得到测量位置相对初始零位的三维角度变化量、入射角α、测量位置处光强I以及距离数据d，并根据三维角度变化量和距离数据d可计算得到各测量位置间的距离，并将三轴倾角传感器测得三维角度和处理器计算得到三维角度变化量、入射角α、测量位置处光强I、距离数据d以及各测量位置间的距离在显示面板上显示。

进一步地，所述入射角α的表达式如下：

其中，α表示入射角，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，g表示重力加速度，x表示被测位置三维坐标对应的X坐标，x表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标，R表示关于三维角度变化量的旋转矩阵。

采用上述进一步方案的有益效果为：所述光学传感器模块发射的测量光束入射方向对应入射角α，入射角α与三维角度变化量的旋转矩阵对应，通过入射角可确定测量位置的三维坐标。

进一步地，所述测量位置处光强I的表达式如下：

其中，cos(α)表示入射角α的余弦值，cos ⁿ (2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值的n次方，n表示测量位置表面参数，C ₀、C ₁、C ₂分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数、测量位置环境光常数。

采用上述进一步方案的有益效果为：光学传感器模块根据测量位置处与入射角α及测量位置表面参数以及环境光参数确定测量位置处的光强。

进一步地，所述距离数据d的表达式如下：

其中，r表示光学传感器模块的半径，cos(α)表示入射角α的余弦值，cos(2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值，C ₀ 、C ₁ 分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数，E表示光学传感器模块吸收总能量，A表示测量位置处面积，2L表示测量光束传播距离。

采用上述进一步方案的有益效果为：提供所述处理器根据光学传感器模块吸收总能量E、入射角度α、测量位置表面参数、测量器半径以及测量光束的入射方向和反射方向夹角计算得到距离数据d的计算方法。

本发明提供一种工件特征间距的测量方法，包括以下步骤：

S1、通过校准测量器确定初始零位，完成构建初始坐标系；

S2、判断是否将测量器的测量光束入射到测量位置中心处，若是，则进入步骤S3，否则，进入步骤S4；

S3、旋转测量器，使测量光束入射到各测量位置的中心处，读取显示面板上通过处理器计算得到的三维角度变化量和距离数据d，并根据各三维角度变化量和对应的距离数据d，通过处理器计算得到各测量位置中心处的第一三维坐标，进入步骤S5；

S4、旋转测量器，使测量光束入射到各测量位置的边缘处不共线的若干边缘点，读取显示面板上通过处理器计算得到的三维角度变化量和距离数据d，并根据各三维角度变化量和对应的距离数据d，通过处理器计算得到各测量位置边缘点的第二三维坐标，进入步骤S6；

S5、根据空间坐标距离计算方法和第一三维坐标，通过处理器计算得到各测量位置中心处间距，并显示在显示面板上，完成工件特征间距的测量；

S6、根据第二三维坐标对测量位置进行形状拟合，得到拟合形状中心处三维坐标，并根据空间坐标距离计算方法和拟合曲线的中心处三维坐标，通过处理器计算得到各测量位置中心处间距，并显示在显示面板上，完成工件特征间距的测量。

本发明的有益效果为：本发明采用测量器可360度旋转，测量光束可达测量位置，对工件各特征测量位置利用光学传感器模块进行测量，得到距离数据，利用三轴倾角传感器进行测量，得到三维角度变化量，通过处理器计算得到被测位置中心处的三维坐标，且根据空间坐标距离公式利用处理器计算得到各测量位置间的距离，对于中心处难以寻找的测量位置，可以测量其边缘处不共线点，并利用各不共线点对测量位置进行形状拟合，得到其中心处三维坐标，通过处理器计算得到其与另一测量位置间的距离。

进一步地，S11、将光学传感器模块中心设为原点，被测工件长度方向和宽度方向分别设为X轴和Y轴，垂直于被测工件上平面方向设为Z轴，建立空间直角坐标系O-XYZ；

S12、通过在X轴方向设置标靶，并将测量光束入射到标靶上，读取显示面板上三轴倾角传感器测量得到的三维角度，且将三轴倾角传感器调零，校准初始零位，完成构建初始坐标系。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过初始坐标系的建立和初始零位校准，为计算测量位置三维坐标提供三维角度变化量的参考坐标系。

进一步地，所述步骤S3中第一三维坐标的表达式如下：

其中，d表示距离数据，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，X表示被测位置三维坐标对应的X坐标，Y表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，Z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标。

采用上述进一步方案的有益效果为：提供利用三维角度变化量和距离数据计算得到测量位置中心处三维坐标计算方法。

进一步地，所述步骤S5中各测量位置中心处间距的表达式如下：

其中，S o ₁ o ₂表示第一测量位置中心处和第二测量位置中心处间距,O ₁表示第一测量位置中心处，O ₂表示第二测量位置中心处，Xo ₁表示第一测量位置三维坐标对应的X`坐标，Xo <sub>2</sub>表示第二测量位置三维坐标对应的X``坐标，Yo <sub>1</sub>表示第一测量位置三维坐标对应的Y `坐标，Yo ₂表示第二测量位置三维坐标对应的Y``坐标，Zo <sub>1</sub>表示第一测量位置三维坐标对应的Z`坐标，Zo <sub>2</sub>表示第二测量位置三维坐标对应的Z``坐标。

采用上述进一步方案的有益效果为：提供空间坐标距离计算方法，用于计算两测量位置中心处间的距离。

附图说明

图1为本发明实施例中工件特征间距的测量装置的正面半剖视图。

图2为本发明实施例中工件特征间距的测量装置的右视图。

图3为本发明实施例中工件特征间距的测量装置的左侧剖视图。

图4为本发明实施例中被光学传感器模块发射测量光束示意图。

图5为本发明实施例中测量位置中心处三维角度变化量示意图。

图6为本发明实施例中利用空间距离计算方法测得两测量位置中心处距离示意图。

其中：1、测量支架；2、球形壳体；3、测量座；4、光学传感器模块；5、三轴倾角传感器；6、处理器；7、显示面板。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明为复杂工件特征间距的测量过程提供了一种测量技术，相对有凸台等影响测量距离情况，无需多次改变测量位置与利用深度学习拟合测量物体形状的繁重计算量，利用三维角度变化量与距离数据，在测量仪器的旋转测量过程中得到测量位置处的三维坐标，并根据空间距离坐标公式计算得到测量位置间的距离。

如图1、图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种工件特征间距的测量装置，包括呈球形且设于被测工件旁的测量器，以及通过测量座3与所述测量器活动连接的测量支架1，所述测量器在测量座3上360度旋转；

所述测量器包括为透明玻璃体的球形壳体2、呈球形的光学传感器模块4、三轴倾角传感器5、处理器6以及显示面板7；

所述光学传感器模块4设于球形壳体2内部球心位置处；所述三轴倾角传感器5设于球形壳体2内部；所述显示面板7嵌设于球形壳体2外侧表面；所述处理器6相对显示面板7设于球形壳体2内侧表面；

所述光学传感器模块4包括光发射器和光接收器，且所述光发射器和光接收器分体设置，或所述光发射器和光接收器合并构成发射和接收一体的测量结构；

所述光学传感器模块4用于随测量器旋转并发射测量光束至测量位置；

所述三轴倾角传感器5用于感测测量器的三维角度；

所述处理器6用于计算测量位置相对初始零位的三维角度变化量，并根据三维角度变化量计算得到入射角α，且根据入射角α计算得到测量位置处光强I；所述处理器6用于根据测量位置处光强I计算距离数据d，并根据三维角度变化量和距离数据d计算测量位置中心处三维坐标，且根据空间坐标距离公式计算各测量位置间的距离，其中，测量光束入射方向对应入射角α；

所述显示面板7用于显示三维角度、三维角度变化量、入射角α、测量位置处光强I、距离数据d以及各测量位置间的距离。

如图4和图5所示，所述入射角α的表达式如下：

其中，α表示入射角，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，g表示重力加速度，x表示被测位置三维坐标对应的X坐标，x表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标，R表示关于三维角度变化量的旋转矩阵。

如图4所示，所述测量位置处光强I的表达式如下：

其中，cos(α)表示入射角α的余弦值，cos ⁿ (2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值的n次方，n表示测量位置表面参数，C ₀、C ₁、C ₂分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数、测量位置环境光常数。

所述距离数据d的表达式如下：

其中，r表示光学传感器模块的半径， cos(α)表示入射角α的余弦值，cos(2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值，C ₀ 、C ₁ 分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数，E表示光学传感器模块吸收总能量，A表示测量位置处面积，2L表示测量光束传播距离。

在本发明的另一个实施例中，本发明提供一种工件特征间距的测量方法，包括以下步骤：

S1、通过校准测量器确定初始零位，完成构建初始坐标系；

S2、判断是否将测量器的测量光束入射到测量位置中心处，若是，则进入步骤S3，否则，进入步骤S4；

S3、旋转测量器，使测量光束入射到各测量位置的中心处，读取显示面板7上通过处理器6计算得到的三维角度变化量和距离数据d，并根据各三维角度变化量和对应的距离数据d，通过处理器6计算得到各测量位置中心处的第一三维坐标，进入步骤S5；

S4、旋转测量器，使测量光束入射到各测量位置的边缘处不共线的若干边缘点，读取显示面板7上通过处理器6计算得到的三维角度变化量和距离数据d，并根据各三维角度变化量和对应的距离数据d，通过处理器6计算得到各测量位置边缘点的第二三维坐标，进入步骤S6；

S5、根据空间坐标距离计算方法和第一三维坐标，通过处理器6计算得到各测量位置中心处间距，并显示在显示面板7上，完成工件特征间距的测量；

S6、根据第二三维坐标对测量位置进行形状拟合，得到拟合形状中心处三维坐标，并根据空间坐标距离计算方法和拟合曲线的中心处三维坐标，通过处理器6计算得到各测量位置中心处间距，并显示在显示面板7上，完成工件特征间距的测量。

所述步骤S1包括如下步骤：

S11、将光学传感器模块4中心设为原点，被测工件长度方向和宽度方向分别设为X轴和Y轴，垂直于被测工件上平面方向设为Z轴，建立空间直角坐标系O-XYZ；

S12、通过在X轴方向设置标靶，并将测量光束入射到标靶上，读取显示面板7上三轴倾角传感器5测量得到的三维角度，且将三轴倾角传感器调零，校准初始零位，完成构建初始坐标系。

如图5所示，所述步骤S3中第一三维坐标的表达式如下：

其中，d表示距离数据，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，X表示被测位置三维坐标对应的X坐标，Y表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，Z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标。

如图6所示，在本发明的一个实用实例中，将测量器分别旋转至测量光束入射到两测量位置O₁(Xo ₁,Yo ₁,Zo ₁)和O₂(Xo ₂,Yo ₂,Zo ₂)处,分别得到坐标系O-X`Y`Z`和坐标系O-X``Y` `Z``，并利用三轴倾角传感器分别得到两次旋转测量器时三维角度变化量，根据三维角度旋转矩阵和光学传感器模块测量得到的距离数据，得到O ₁和O ₂在空间坐标系中的三维空间坐标，且利用空间坐标距离公式与两测量位置中心处三维坐标进行计算得到，两测量位置中心处间的距离；

所述步骤S5中各测量位置中心处间距的表达式如下：

其中，S o ₁ o ₂表示第一测量位置中心处和第二测量位置中心处间距,O ₁表示第一测量位置中心处，O ₂表示第二测量位置中心处，Xo ₁表示第一测量位置三维坐标对应的X`坐标，Xo <sub>2</sub>表示第二测量位置三维坐标对应的X``坐标，Yo <sub>1</sub>表示第一测量位置三维坐标对应的Y `坐标，Yo ₂表示第二测量位置三维坐标对应的Y``坐标，Zo <sub>1</sub>表示第一测量位置三维坐标对应的Z`坐标，Zo <sub>2</sub>表示第二测量位置三维坐标对应的Z``坐标。

值得注意的是，本方案中提及的测量位置中心处可根据初等数学知识容易得到，如圆边缘处三个不共线点，即可确认空间中圆心位置、圆的半径和空间中矢量方向，实现对测量位置的形状拟合，并得到其中心处三维坐标。

Claims (5)

1.一种工件特征间距的测量装置，其特征在于，包括呈球形且设于被测工件旁的测量器，以及通过测量座（3）与所述测量器活动连接的测量支架（1），所述测量器在测量座（3）上360度旋转；

所述测量器包括为透明玻璃体的球形壳体（2）、呈球形的光学传感器模块（4）、三轴倾角传感器（5）、处理器（6）以及显示面板（7）；

所述光学传感器模块（4）设于球形壳体（2）内部球心位置处；所述三轴倾角传感器（5）设于球形壳体（2）内部；所述显示面板（7）嵌设于球形壳体（2）外侧表面；所述处理器（6）相对显示面板（7）设于球形壳体（2）内侧表面；

所述光学传感器模块（4）包括光发射器和光接收器分体设置，且所述光发射器和光接收器分体设置，或所述光发射器和光接收器合并构成发射和接收一体的测量结构；

所述光学传感器模块（4）用于随测量器旋转并发射测量光束至测量位置；

所述三轴倾角传感器（5）用于感测测量器的三维角度；

所述处理器（6）用于计算测量位置相对初始零位的三维角度变化量，并根据三维角度变化量计算得到入射角α，且根据入射角α计算得到测量位置处光强I；所述处理器（6）用于根据测量位置处光强I计算距离数据d，并根据三维角度变化量和距离数据d计算测量位置中心处三维坐标，且根据空间坐标距离公式计算各测量位置间的距离，其中，测量光束入射方向对应入射角α；

所述显示面板（7）用于显示三维角度、三维角度变化量、入射角α、测量位置处光强I、距离数据d以及各测量位置间的距离；

所述入射角α的表达式如下：

其中，α表示入射角，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，g表示重力加速度，x表示被测位置三维坐标对应的X坐标，y表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标，R表示关于三维角度变化量的旋转矩阵；

所述测量位置处光强I的表达式如下：

其中，cos(α)表示入射角α的余弦值，cos ⁿ (2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值的n次方，n表示测量位置表面参数，C ₀、C ₁、C ₂分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数、测量位置环境光常数；

所述距离数据d的表达式如下：

其中，r表示光学传感器模块的半径， cos(α)表示入射角α的余弦值，cos(2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值，C ₀ 、C ₁ 分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数，E表示光学传感器模块吸收总能量，A表示测量位置处面积，2L表示测量光束传播距离。

2.一种工件特征间距的测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过校准测量器确定初始零位，完成构建初始坐标系；

S2、判断是否将测量器的测量光束入射到测量位置中心处，若是，则进入步骤S3，否则，进入步骤S4；

S3、旋转测量器，使测量光束入射到各测量位置的中心处，读取显示面板（7）上通过处理器（6）计算得到的三维角度变化量和距离数据d，并根据各三维角度变化量和对应的距离数据d，通过处理器（6）计算得到各测量位置中心处的第一三维坐标，进入步骤S5；

S4、旋转测量器，使测量光束入射到各测量位置的边缘处不共线的若干边缘点，读取显示面板（7）上通过处理器（6）计算得到的三维角度变化量和距离数据d，并根据各三维角度变化量和对应的距离数据d，通过处理器（6）计算得到各测量位置边缘点的第二三维坐标，进入步骤S6；

S5、根据空间坐标距离计算方法和第一三维坐标，通过处理器（6）计算得到各测量位置中心处间距，并显示在显示面板（7）上，完成工件特征间距的测量；

S6、根据第二三维坐标对测量位置进行形状拟合，得到拟合形状中心处三维坐标，并根据空间坐标距离计算方法和拟合曲线的中心处三维坐标，通过处理器（6）计算得到各测量位置中心处间距，并显示在显示面板（7）上，完成工件特征间距的测量；

所述工件特征间距的测量装置，包括呈球形且设于被测工件旁的测量器，以及通过测量座（3）与所述测量器活动连接的测量支架（1），所述测量器在测量座（3）上360度旋转；

所述测量器包括为透明玻璃体的球形壳体（2）、呈球形的光学传感器模块（4）、三轴倾角传感器（5）、处理器（6）以及显示面板（7）；

所述光学传感器模块（4）设于球形壳体（2）内部球心位置处；所述三轴倾角传感器（5）设于球形壳体（2）内部；所述显示面板（7）嵌设于球形壳体（2）外侧表面；所述处理器（6）相对显示面板（7）设于球形壳体（2）内侧表面；

所述光学传感器模块（4）包括光发射器和光接收器分体设置，且所述光发射器和光接收器分体设置，或所述光发射器和光接收器合并构成发射和接收一体的测量结构；

所述光学传感器模块（4）用于随测量器旋转并发射测量光束至测量位置；

所述三轴倾角传感器（5）用于感测测量器的三维角度；

所述处理器（6）用于计算测量位置相对初始零位的三维角度变化量，并根据三维角度变化量计算得到入射角α，且根据入射角α计算得到测量位置处光强I；所述处理器（6）用于根据测量位置处光强I计算距离数据d，并根据三维角度变化量和距离数据d计算测量位置中心处三维坐标，且根据空间坐标距离公式计算各测量位置间的距离，其中，测量光束入射方向对应入射角α；

所述显示面板（7）用于显示三维角度、三维角度变化量、入射角α、测量位置处光强I、距离数据d以及各测量位置间的距离；

所述入射角α的表达式如下：

其中，α表示入射角，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，g表示重力加速度，x表示被测位置三维坐标对应的X坐标，y表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标，R表示关于三维角度变化量的旋转矩阵；

所述测量位置处光强I的表达式如下：

其中，cos(α)表示入射角α的余弦值，cos ⁿ (2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值的n次方，n表示测量位置表面参数，C ₀、C ₁、C ₂分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数、测量位置环境光常数；

所述距离数据d的表达式如下：

其中，r表示光学传感器模块的半径， cos(α)表示入射角α的余弦值，cos(2α)表示入射方向和反射光线方向夹角2α余弦值，C ₀ 、C ₁ 分别表示第一测量位置表面常数、第二测量位置表面常数，E表示光学传感器模块吸收总能量，A表示测量位置处面积，2L表示测量光束传播距离。

3.根据权利要求2所述的工件特征间距的测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：

S11、将光学传感器模块（4）中心设为原点，被测工件长度方向和宽度方向分别设为X轴和Y轴，垂直于被测工件上平面方向设为Z轴，建立空间直角坐标系O-XYZ；

S12、通过在X轴方向设置标靶，并将测量光束入射到标靶上，读取显示面板（7）上三轴倾角传感器（5）测量得到的三维角度，且将三轴倾角传感器调零，校准初始零位，完成构建初始坐标系。

4.根据权利要求3所述的工件特征间距的测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S3中第一三维坐标的表达式如下：

其中，d表示距离数据，θ _x 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系X轴夹角，θ _y 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Y轴夹角，θ _z 表示三轴倾角传感器随测量器转动与初始坐标系Z轴夹角，X表示被测位置三维坐标对应的X坐标，Y表示被测位置三维坐标对应的Y坐标，Z表示被测位置三维坐标对应的Z坐标。

5.根据权利要求4所述的工件特征间距的测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤S5中各测量位置中心处间距的表达式如下：

其中，S o ₁ o ₂表示第一测量位置中心处和第二测量位置中心处间距,O ₁表示第一测量位置中心处，O ₂表示第二测量位置中心处，Xo ₁表示第一测量位置三维坐标对应的X`坐标，Xo <sub>2</sub>表示第二测量位置三维坐标对应的X``坐标，Yo <sub>1</sub>表示第一测量位置三维坐标对应的Y`坐标，Yo ₂表示第二测量位置三维坐标对应的Y``坐标，Zo <sub>1</sub>表示第一测量位置三维坐标对应的Z `坐标，Zo <sub>2</sub>表示第二测量位置三维坐标对应的Z``坐标。

Images