旋轉(zhuǎn)測頭、測量機(jī)及旋轉(zhuǎn)測頭的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)測頭和設(shè)有該旋轉(zhuǎn)測頭的測量機(jī)，以及該旋轉(zhuǎn)測頭的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，很多零部件在尺寸上小型化，在型面上自由復(fù)雜化。由于需要對自由曲面進(jìn)行三維測量，實(shí)際測量中，測頭需要不斷轉(zhuǎn)換空間位置來完成采樣點(diǎn)的掃描。實(shí)際應(yīng)用中，常常利用坐標(biāo)測量機(jī)來獲取測頭的空間位置，再進(jìn)一步通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到自由曲面被測點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)信息，進(jìn)而完成對被測曲面的掃描測量。
[0003]目前市場上應(yīng)用較多的是英國雷尼紹公司設(shè)計(jì)的PHlO測頭座，利用該測頭座實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)測量機(jī)測頭本體轉(zhuǎn)位，但是該測頭座采用電機(jī)驅(qū)動的雙軸分度系統(tǒng)，角度最小分度值為7.5°。即便是如此技術(shù)先進(jìn)的測頭座，在產(chǎn)品出廠時(shí)，雷尼紹公司也只保證測頭座在正常工作條件下回轉(zhuǎn)定位的重復(fù)性精度，并沒有給出回轉(zhuǎn)角度誤差的大小。實(shí)際上，這一誤差是很大的，甚至在使用時(shí)，根本不能用其回轉(zhuǎn)角度示值統(tǒng)一測頭的坐標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中，測頭座帶動測頭本體的每一次轉(zhuǎn)位都必須用標(biāo)準(zhǔn)球標(biāo)定一次測頭，要花費(fèi)大量的測量時(shí)間，也不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的測量。為了提高回轉(zhuǎn)角度的精度，降低回轉(zhuǎn)角度的誤差，對測頭座中的電機(jī)精度要求比較高。
[0004]同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)測頭，寶石球頭通過側(cè)桿安裝于測頭座上，側(cè)桿的長度對行程造成了浪費(fèi)，以測量一 200mm的工件為例，可能需要測頭的有效行程在400mm才能達(dá)至IJ，造成了成本的增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)測頭和設(shè)有該旋轉(zhuǎn)測頭的測量機(jī)，還提供一種該旋轉(zhuǎn)測頭的實(shí)現(xiàn)方法，每次轉(zhuǎn)位無須重新標(biāo)定，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量，對測頭座中的電機(jī)精度要求不高，同時(shí)降低了有效行程的浪費(fèi)。
[0006]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種旋轉(zhuǎn)測頭，包括測頭本體、帶動測頭本體轉(zhuǎn)動的測頭座，測頭座設(shè)有至少一個(gè)回轉(zhuǎn)軸，測頭本體包括寶石球頭，與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于，所述寶石球頭的球心位于回轉(zhuǎn)軸軸線上。
[0008]本技術(shù)方案中寶石球頭的球心位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上，寶石球頭轉(zhuǎn)位過程中，不論轉(zhuǎn)位角度為多少，球頭球心都一直位于回轉(zhuǎn)軸軸線上，球心與回轉(zhuǎn)軸軸線的相對位置不變，不受轉(zhuǎn)位角度的影響。因此無需每次轉(zhuǎn)位都重新標(biāo)定，從而可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量。
[0009]同時(shí)，對測頭座中電機(jī)即驅(qū)動測頭本體轉(zhuǎn)位一定角度的電機(jī)的精度要求有所降低，不敏感。球心調(diào)節(jié)至回轉(zhuǎn)軸軸線上之后，不論如何轉(zhuǎn)位角度是否準(zhǔn)確，球心都在軸心上。因?yàn)槭乔蚶@球心旋轉(zhuǎn)，不論如何轉(zhuǎn)，都相當(dāng)于球的形狀相對于自己沒有發(fā)生包絡(luò)空間的位置變化。這時(shí)候電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度即使和理論要轉(zhuǎn)的角度之間有點(diǎn)差異，得到的球心的位置都沒有變化。而角度差異產(chǎn)生的誤差由于是作為避讓測量過程中遇到的干涉物體，本身在計(jì)算上都考慮了足夠的余量，所以即使有點(diǎn)誤差只要不超過一定臨界范圍，都不影響整個(gè)測量過程。綜合所述，把球心調(diào)節(jié)到回轉(zhuǎn)軸軸線上之后，對電機(jī)精度不敏感了，就可以用一些低精度電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，降低了成本。
[0010]同時(shí)，本技術(shù)方案將寶石球頭的球頭球心移到回轉(zhuǎn)軸軸線上，也減少了有效行程的浪費(fèi)。
[0011]為了精確判斷寶石球頭的球心是否位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上，還包括用于檢測寶石球頭的球心是否位于回轉(zhuǎn)軸軸線上的視覺輔助裝置，所述視覺輔助裝置包括攝像機(jī)、背光板，所述背光板設(shè)置于寶石球頭的一側(cè)，背光板的板面與待測回轉(zhuǎn)軸軸線垂直，攝像機(jī)與背光板相對設(shè)置。該結(jié)構(gòu)并不一直安裝在測頭或測量機(jī)上，需要判斷球心是否位于回轉(zhuǎn)軸軸線上時(shí)，安裝上去即可，拆裝方便。檢測不同的回轉(zhuǎn)軸時(shí)，只要把該結(jié)構(gòu)安裝在待測回轉(zhuǎn)軸的相應(yīng)位置上即可。
[0012]如上所述的旋轉(zhuǎn)測頭，所述攝像機(jī)為工業(yè)相機(jī)。
[0013]如上所述的旋轉(zhuǎn)測頭，為了便于調(diào)整寶石球頭的球心到回轉(zhuǎn)軸軸線上，所述測頭本體通過連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定于測頭座，所述連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)測頭本體在測頭座上的位置從而調(diào)節(jié)寶石球頭球心與測頭座回轉(zhuǎn)軸的相對位置。
[0014]如上所述的旋轉(zhuǎn)測頭，所述連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括直線滑臺。
[0015]如上所述的旋轉(zhuǎn)測頭，所述直線滑臺為細(xì)牙螺紋滾珠絲杠，方便精確調(diào)節(jié)球心位置。
[0016]—種設(shè)有上述任一技術(shù)方案所述的旋轉(zhuǎn)測頭的測量機(jī)。
[0017]—種實(shí)現(xiàn)上述任一技術(shù)方案所述的旋轉(zhuǎn)測頭的方法，將測頭本體相對測頭座移動，直至寶石球頭的球心位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上。
[0018]該方法還包括在測頭本體移動過程中檢測寶石球頭的球心是否位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上的步驟。
[0019]所述檢測寶石球頭的球心是否位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上的方法包括:測頭座帶動測頭本體轉(zhuǎn)動，利用攝像機(jī)觀察寶石球頭在背光板上的影像在擺動過程中的軌跡，判斷球頭影像的軌跡是否發(fā)生跳動，若球頭影像的軌跡不發(fā)生跳動，寶石球頭的球心位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上，反之，寶石球頭的球心不位于測頭座的回轉(zhuǎn)軸軸線上。
[0020]本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益效果:本發(fā)明將球心設(shè)置到回轉(zhuǎn)軸軸線上，使得無須測頭每次轉(zhuǎn)位都進(jìn)行重新標(biāo)定，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量，同時(shí)對測頭座中的電機(jī)精度不敏感，該改進(jìn)還使測頭的有效行程得到了充分的應(yīng)用，降低了成本。
【附圖說明】
[0021]附圖1為設(shè)有旋轉(zhuǎn)測頭的測量機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]附圖2為轉(zhuǎn)位過程中攝像機(jī)鏡頭下的寶石球頭的軌跡示意圖；
[0023]附圖3為轉(zhuǎn)位過程中攝像機(jī)鏡頭下的寶石球頭的軌跡示意圖；
[0024]附圖4為轉(zhuǎn)位過程中攝像機(jī)鏡頭下的寶石球頭的軌跡示意圖；
[0025]附圖5為現(xiàn)有技術(shù)中測量200mm工件所需的旋轉(zhuǎn)測頭有效行程示意圖；
[0026]附圖6為本實(shí)施例中測量200mm工件所需的旋轉(zhuǎn)測頭有效行程示意圖。
[0027]其中:1、三坐標(biāo)測量機(jī)；2、測頭座；3、連續(xù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；4、測頭本體；5、寶石球頭；6、回轉(zhuǎn)軸軸線；7、攝像機(jī)；8、工件；9、背光板；10、回轉(zhuǎn)軸軸心。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。