CN112648938B 大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量装置及方法 （南京航空航天大学）

A,2019.02.15A,2020.08.25A,2020.09.29U,2022.04.19大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密本发明公开了一种大尺寸平板类模具空间面。所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪2系统3以及控制计算机4，所述XYZ三向偏角测量与控制系统3用于对所述激光轮廓仪2采集的三维数据进行实时获取、分析与对模具5的空间姿态在XYZ三个方向的偏角计算与评定。本发明所述测量装置能实现对被测模具的空间姿态的偏2所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪(2)的三维高精运动机构(1)、XYZ三向偏角测量与控制系统(3)以及控制计算机(4)，四套所述三维高精运动机构(1)以及控制计算机(4)都安装在工作台(8)上，所述XYZ三向偏角测量与控制系统(3)安装在所述控制计算机得固定安装在四套所述三维高精运动机构(1)横向导轨上的四个线激光轮廓仪(2)分别进所述XYZ三向偏角测量与控制系统(3)用于对所述激光轮廓仪(2)三维测量数据进行实高精运动机构坐标系(OP-XPYPZP)和机床坐标系(OM-坐标系，通过高斯-牛顿迭代法求解出三维高精运动机构坐标系与机床坐标系的坐标转换S3、三维高精运动机构控制：四套搭载线激光轮廓仪(2)的三对分布在模具(5)上表面的四个角或四条边的被测表面从一边到另一边进行自动扫描测点从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，按最小二乘法进行空间平面拟合，最小二乘评定法原理是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求i3算这二个点所表示的空间直线方程，并求得这条直线在XOY平面上的投影与X轴或Y轴的夹2.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法，其多个可调支撑柱上，结合控制计算机(4)的数据对多个所述可调支撑柱的长度分别进行调所述模具(5)的凸起面为待加工面、且底面呈平面状，所述模具(5)上3.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法，其特征在于，四套所述搭载线激光轮廓仪(2)的三维高精运动机构(1)分布安装在工作台(8)的四个方位上，安装XYZ三向偏角测量与控制系统(3)的所述控制计算机(4)也放置在工作4.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法，其所述三维高精运动机构(1)还包括三个以伺服电机作为动力源的伺服直线驱动器，三轨沿水平方向做前后直线往复运动，或驱动固定安装有线激光轮廓仪(2)的横向导轨沿水5.根据权利要求1所述的一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法，其4[0007]如2019年2月5日公布的一份名为“一种基于主动视觉的空间位姿测量系统及方[0008]如2020年11月6日公告的一份名为“基于立体视觉和结构光视觉的大型工件位姿5[0011]本发明的技术方案为：所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运[0012]所述XYZ三向偏角测量与控制系统3用于对所述激光轮廓仪2三维测量数据进行实[0015]四套所述搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1分布安装在工作台8的四个方[0017]所述三维高精运动机构1还包括三个以伺服电机作为动力源的伺服直线驱动器，导轨沿水平方向做前后直线往复运动，或驱动固定安装有线激光轮廓仪2的横向导轨沿水[0018]控制计算机4向多轴运动控制器发送运动位移指令，多轴运动控制器控制各个伺服直线驱动器中的伺服电机运动，从而控制搭载激光轮廓仪2的三维高精运动机构1作XYZ6[0020]S1、系统标定：建立系统的坐标转换模型，主要包括激光轮廓仪坐标系(OL-到运动机构坐标系，通过高斯-牛顿迭代法求解出三维高精运动机构坐标系与机床坐标系对分布在模具5上表面的四个角或四条边的被测表面从一边到另一边进行自动扫描测量；点从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，按最小二乘法进行空间平面拟合，最小二乘评定法原理是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求计算这二个点所表示的空间直线方程，并求得这条直线在XOY平面上的投影与X轴(或Y轴)7[0042]本发明实施案例提供了一种大尺寸平板类模具空间姿态的分布式精密测量方法[0043]所述测量装置包括四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1、XYZ三向偏角[0044]所述XYZ三向偏角测量与控制系统3包括平面转角计算模块、平面转角评定模块、服模具上表面相对于基准平面XYZ坐标系存在与X轴、Y轴的偏角误差以及绕Z轴的转角误8高精运动机构1在控制系统的控制下分别对分布在模具5上表面的四个角或四条边上的几测量与控制系统3里面又包括平面转角计算模块、平面转角评定模块、定位线转角计算模[0048]四套所述搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1分布安装在工作台8的四个方[0050]所述三维高精运动机构1还包括三个以伺服电机作为动力源的伺服直线驱动器，动固定安装有线激光轮廓仪2的横向导轨上的滑块沿水平方向做左[0051]如图4所示为XYZ三向偏角测量与控制系统控制原理示意图，控制计算机4中的上[0053]平行度误差测量可根据测量传感器的不同分为采用接触式位移传感器的接触式测量和采用激光扫描测量的非接触式测量；本案中采用的是非接触式平行度误差测量方模式下，通过四套搭载线激光轮廓仪2的三维高精运动机构1在轮廓模式下进行扫描测量，测量点都包含传感器视野中的一个高度(Z轴)和位置(9[0058]同时，针对扫描测量过程中可能出现的测量特征与理想采用线宽超过基准孔直径的线激光传感器对测量区域进行直线式的扫描测量，扫描速度[0060]S1、系统标定：建立系统的坐标转换模型，主要包括激光轮廓仪坐标系(OL-到运动机构坐标系，通过高斯-牛顿迭代法求解出三维高精运动机构坐标系与机床坐标系代将激光轮廓仪坐标系OL-XLYLZL与三维运动机构坐标系OP-XPYPZ在控制系统的控制下分别对分布在模具5表面四个角或四条边的四个小平面6以及二个圆分布在模具5上表面的四个角或四条边的被测表面从一边到另一边进行自动扫描测量；先[0063]扫描前对测量特征孔进行一定的修型后采用线激光轮廓仪2进行测量，在轮廓模点从线激光轮廓仪的局部坐标系转换到机床坐标系上，按最小二乘法进行空间平面拟合，最小二乘评定法原理是指测量结果的最可信赖值应在残余误差平方和为最小的条件下求孔7测量所得到的二个圆心坐标(