CN113405459B - 一种用于cmm***的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的用于CMM***的控制方法，若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处，建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系，分析被测物体的面形特点，并通过三坐标探头打点得到相应的干涉仪位移，从而得到特征面上的特征点，并通过最小二乘法拟合的方式进行特征拟合采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点，根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作，将带数据进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析，本申请提供的用于CMM***的控制方法，有效地分析并确定纳米级别的被测物体的面形。

Description

一种用于CMM***的控制方法
技术领域
本发明属于高精密三坐标测量***，具体涉及一种用于CMM***的控制方法。
背景技术
三坐标测量机是近几十年发展起来的一种高效率的新型精密测量仪器。它广泛引用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相互位置的检测，例如箱体、导轨、蜗论和叶片、缸体、凸轮、齿轮、形体等空间型面的测量。此外，还可用于画线、定中心孔、光刻集成电路等，并可对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好、能与柔性制造***相连接，以成为一类大型精密仪器，有“测量中心”之称。
目前，三坐标测量机对运动平台的精密度要求较高，且被测物体的精密度有待提高。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种对运动平台的精密度要求较低，且被测物体的精密度高的用于CMM***的控制方法及标定装置。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种用于CMM***的控制方法，包括下述步骤：
步骤S110：提供一探头及围绕所述探头设置的若干个激光干涉仪，若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处；
步骤S120：建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系；
步骤S130：分析被测物体的面形特点，并通过所述探头打点得到相应的干涉仪位移，从而得到特征面上的特征点，并通过最小二乘法拟合的方式进行特征拟合；
步骤S140：采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点；
步骤S150：根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作；
步骤S160：将上述步骤中打点工作得到的点集进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析。
在其中一些实施例中，所述激光干涉仪为三个，且以相互垂直的方式安装。
在其中一些实施例中，在建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系的步骤中，具体为：
运行Labview上位机程序中数据采集模块，所述数据采集模块读取所述激光干涉仪的数据并反馈给所述Labview上位机，所述上位机根据所述数据建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系。
在其中一些实施例中，所述激光干涉仪感知所述探头在笛卡尔坐标系下的3个自由度位移变化量，以建立坐标变化方程组，通过最小二乘法拟合的方式，求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵，进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量与激光干涉仪的对应关系，从而可以利用激光干涉仪与探针变形量保证探针处于与被检物体刚接触的状态，提高精度。
在其中一些实施例中，在采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点的步骤中，具体为：
利用Matlab软件，采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点。
在其中一些实施例中，在根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作的步骤中，具体包括：
所述Labview上位机获取所述采样点，所述Labview上位机中的自动打点模块根据所述采样点完成对被测平面的打点工作。
在其中一些实施例中，在将带数据进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析的步骤中，具体包括：
所述Labview上位机中的数据解耦模块获取所述带数据，并将保存的带数据点进行解耦并用TMS文件存储后进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析。
本申请采用上述技术方案具备下述效果：
本申请提供的用于CMM***的控制方法，若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处，建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系，分析被测物体的面形特点，并通过三坐标探头打点得到相应的干涉仪位移，从而得到特征面上的特征点，并通过最小二乘法拟合的方式进行特征拟合采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点，根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作，将带数据进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析，本申请提供的用于CMM***的控制方法，有效地分析并确定纳米级别的被测物体的面形，用激光干涉仪与探头的结合方式对运动平台的精密度要求有所降低，保证被测物体的精密度；且由于干涉仪的光路与探头交汇，从而很好的规避了阿贝误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的用于CMM***的控制方法的步骤流程图。
图2为本发明实施例提供的CMM***的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的另一视图的CMM***的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
请参阅图1，为本申请实施例1提供的用于CMM***的控制方法的步骤流程图，包括下述步骤：
步骤S110：提供一探头及围绕所述探头设置的若干个激光干涉仪，若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处。
请参阅图2及图3，为本申请实施例提供的CMM***的结构示意图，包括框架110、固定于所述框架内的探头120、围绕所述探头120设置的若干个激光干涉仪130及位于所述探头120正下方的被测物体140，所述被测物体140置于所述XY运动平台150上。
进一步地，所述激光干涉仪为三个，且以相互垂直的方式安装。
可以理解，由于若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处，可以很好地避免阿贝误差；且同时由于激光干涉仪作为CMM***的基础坐标系，因此应当满足干涉仪两两垂直。
步骤S120：建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系。
在其中一些实施例中，在建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系的步骤中，具体为：
运行Labview上位机程序中数据采集模块，所述数据采集模块读取所述激光干涉仪的数据并反馈给所述Labview上位机，所述上位机根据所述数据建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系，所述Labview上位机根据所述数据建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系，所述Labview上位机电性连接所述激光干涉仪及所述探针。
具体地，所述激光干涉仪感知所述探头在笛卡尔坐标系下的3个自由度位移变化量，以建立坐标变化方程组，通过最小二乘法拟合的方式，求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵，进而得到所述探针在探测被测物体时的变形量与激光干涉仪的对应关系，从而可以利用激光干涉仪与探针变形量保证探针处于与被检物体刚接触的状态，提高精度。
步骤S130：分析被测物体的面形特点，并通过所述探头打点得到相应的干涉仪位移，从而得到特征面上的特征点，并通过最小二乘法拟合的方式进行特征拟合。
进一步地，被测物体的面形特点包括圆或球或平面等。
步骤S140：采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点。
在其中一些实施例中，在采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点的步骤中，具体为：
利用Matlab软件，采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点。
步骤S150：根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作。
在其中一些实施例中，在根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作的步骤中，具体包括：
所述Labview上位机获取所述采样点，所述Labview上位机中的自动打点模块根据所述采样点完成对被测平面的打点工作。
步骤S160：将上述步骤中打点工作得到的点集进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析。
具体地，所述Labview上位机中的数据解耦模块获取所述带数据，并将保存的带数据点进行解耦并用TMS文件存储后进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析。
本申请提供的用于CMM***的控制方法，若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处，建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系，分析被测物体的面形特点，并通过三坐标探头打点得到相应的干涉仪位移，从而得到特征面上的特征点，并通过最小二乘法拟合的方式进行特征拟合采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点，根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作，将带数据进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析，本申请提供的用于CMM***的控制方法，有效地分析并确定纳米级别的被测物体的面形，用激光干涉仪与探头的结合方式对运动平台的精密度要求有所降低，，保证被测物体的精密度；且由于干涉仪的光路与探头交汇，从而很好的规避了阿贝误差。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种用于CMM***的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S110：提供一探头及围绕所述探头设置的若干个激光干涉仪，若干个所述激光干涉仪出射的激光汇交于所述探头处；
步骤S120：建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系；
步骤S130：分析被测物体的面形特点，并通过所述探头打点得到相应的干涉仪位移，从而得到特征面上的特征点，并通过最小二乘法拟合的方式进行特征拟合；
步骤S140：采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点；
步骤S150：根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作；
步骤S160：将上述步骤中打点工作得到的点集进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析。
2.根据权利要求1所述的用于CMM***的控制方法，其特征在于，所述激光干涉仪为三个，且以相互垂直的方式安装。
3.根据权利要求1所述的用于CMM***的控制方法，其特征在于，在建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系的步骤中，具体为：
运行Labview上位机程序中数据采集模块，所述数据采集模块读取所述激光干涉仪的数据并反馈给所述Labview上位机，所述Labview上位机根据所述数据建立所述探头的位移与所述激光干涉仪之间的联系，所述Labview上位机电性连接所述激光干涉仪及所述探头。
4.根据权利要求3所述的用于CMM***的控制方法，其特征在于，所述激光干涉仪感知所述探头在笛卡尔坐标系下的3个自由度位移变化量，以建立坐标变化方程组，通过最小二乘法拟合的方式，求解坐标变化方程中的坐标变换矩阵，进而得到所述探头在探测被测物体时的变形量与激光干涉仪的对应关系。
5.根据权利要求1所述的用于CMM***的控制方法，其特征在于，在采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点的步骤中，具体为：
利用Matlab软件，采用最小插值的方法，生成特征面上的点集，并将该点集作为自动打点的采样点。
6.根据权利要求1所述的用于CMM***的控制方法，其特征在于，在根据所述采样点完成对被测物体平面的打点工作的步骤中，具体包括：
Labview上位机获取所述采样点，所述Labview上位机中的自动打点模块根据所述采样点完成对被测平面的打点工作。
7.根据权利要求1所述的用于CMM***的控制方法，其特征在于，在将带数据进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析的步骤中，具体包括：
Labview上位机中的数据解耦模块获取所述带数据，并将保存的带数据点进行解耦并用TMS文件存储后进行zernike多项式拟合，得到拟合的波面，进而得到PV与RMS值，完成对面形的分析。
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