什么是三坐标中测头的半径补偿误差_百度知道
什么是三坐标中测头的半径补偿误差
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三坐标测量仪的测量功能受仪器结构影响外，测量系统也是极为重要的因素之一。因此为获得最佳的测量效果而言，需依据测量工件的种类不同，选择适当的测头。测头作为测量传感器，是坐标测量系统中非常重要的部件。三坐标测量机的工作效率、精度与测头密切相关，没有先进的测头，就无法发挥测量机的卓越功能。坐标测量机的发展促进了新型测头的研制，新型测头的开发又进一步扩大了测量机的应用范围。按测量方法，可将测头分为接触式(触发式)和非接触式两大类。触发式测量头又分为机械接触式测头和电气接触式测头；非接触式测头则包括光学显微镜、电视扫描头及激光扫描头等。下面就接触式测头的半径补偿误差为大家做个详析。1、测针的选择工业用红宝石是高硬度的陶瓷材料，红宝石测球具有很好的球度，测量时红宝石测球的球头磨损可忽略不计。测针针杆一般用非磁性的不锈钢针杆或碳钨纤维针杆，以保证测针的刚性。测针的有效工作长度(EWL)使得测针接触工件时可获得精确的测点位置。球头尺寸和测针有效工作长度的选取取决于被测工件。可能的情况下，选择球头直径尽可能大、测杆尽可能短的测针，以保证最大的球头/测杆距，获得最佳的有效工作长度和测针刚性。需要时可加长测杆以增大探测深度，但值得注意的是，使用测针加长杆会降低刚性，从而降低测量精度。2、测球半径补偿误差当测针接触到工件时，三坐标测量机接收的的坐标值应是红宝石球头中心点坐标，显然，测量软件将自动沿着测针从接触点回退的方向加上一个测球半径值作为测量值。但该测量值是一个与测头的机械惯性有关的动态值。实际上，测量作为一个动态过程，其测量值应该考虑到从测头采点到实际向系统传送该点坐标值时发生的机器空间移动距离。尽管这个距离极小，但对系统计算动态尺寸有一定影响。在实际测量时，每测量一个元素，系统都可以自动区分测球半径的补偿方向，计算正确的补偿半径。在采点开始后，测量软件将在沿着测针接触工件的方向上对测球进行半径补偿。但被补偿点并非真正的接触点，而是测头沿着测针接触工件方向的延长线上的一个点。这样就造成了补偿误差，产生误差的大小与测球的半径及该工件被测面与笛卡尔坐标轴的夹角有关，夹角越大，误差越大。（1）测球半径r对补偿误差的影响补偿误差δ与测球半径r成正比关系，即测球半径r越小，补偿误差δ也越小。因此当用三坐标测量机进行点位测量时，应选用尽可能小的测球。（2）测针轴线与被测表面法线间的夹角α对补偿误差的影响当测针轴线与被测表面法线间的夹角α等于0时，测球半径补偿误差δ也为0。因此，测量时要尽可能使测针轴线与被测表面垂直，使测头沿着被测表面的法线方向移动，以最大限度地减小测球半径补偿误差。在用三坐标测量机测量点元素时，测量软件在自动补偿测球半径过程中会出现测球半径补偿误差。通过运用参考坐标系找正工件或用CNC模式进行测量，使测头沿着被测表面的法线方向移动采集点的坐标，可以尽量减小测球半径补偿误差，正确进行测球半径补偿，提高测量精度。
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激光三角法扫描测头特性的研究
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你可能喜欢基于DSP的激光三角测距传感器研究--《上海交通大学》2008年硕士论文
基于DSP的激光三角测距传感器研究
【摘要】：
随着新材料的出现和加工精度的不断提高,对表面检测技术提出更多的要求,检测过程中常用的接触式检测很难对一些尺寸很小或柔软和脆性材料的工件进行测量。基于三角测量法的激光位移传感器作为一种新型的非接触式测距传感器,具有结构简单、测量速度快、精度高、抗干扰能力强、非入侵等优点,因此在自动加工、在线检测、实物仿形等工业生产领域得到了广泛的应用。
由于实际应用中,激光位移传感器存在非线性误差和激光点的散斑,并且测量精度易受被测表面倾斜角度和表面特征不同的影响、系统响应速度的影响、环境影响等,可能导致测量精度下降,甚至使传感器系统无法正常工作。
本课题从影响激光位移传感器测头工作的根本原因出发,定量或者定性的分析了各种影响因素,提出了改进的方法和措施,并进行了DSP系统设计。主要有以下工作:
1.经过分析与比较,决定设计的三角测距传感器采用直射式,系统的光源部分使用半导体激光器,图像传感器选用高精度的线阵式CCD。根据系统技术要求,对光学参数进行设计和确定,选择能使测量精度提高的最优方案。
2.对CCD采集到的原始图像,采用均值滤波和改进的中值滤波以得到较为稳定的图像信号。分析了各种算法,通过对CCD所采集到的数据进行修正的算法来提高CCD的分辨率,从而提高测距传感器测量精度。分析了概率法、解调法、灰度质心法、多项式插值法、多项式拟合法,以及这些经典的提高CCD的分辨率的算法的优缺点,实验证明采用平方加权灰度质心法能够得到更好的结果。
3.提出了一种新的光强度自适应控制方法,采用FPGA控制调节激光器的驱动电流大小,该方法能够感测物体表面并将激光强度调整到最佳状态。同时设计了恒流源驱动电路,能够稳定的驱动激光器。
4.设计和CCD匹配的AD采集电路,运用FPGA解决外部慢速器件和高速处理器的接口问题,提出显示、抗干扰和存储器扩展方案。
5.结合系统所涉及的电气参数、测量环境和处理算法,设计基于TMS320VC5509A微处理芯片的线阵CCD微位移测量系统,完成系统软件设计。
6.在深入分析光学三角法测量原理的基础上,研究影响测量精度的因素,对主要影响因素的影响机理进行详细的分析,并针对这些问题提出解决方案,从最大程度上减小外界环境变化和参量误差对测量的影响。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2008【分类号】：TH761.2【目录】：
ABSTRACT5-9
第一章 绪论9-22
1.1 概述9-14
1.1.1 引言9
1.1.2 激光三角测距技术概述9-12
1.1.3 DSP 技术概述12-14
1.2 课题研究的目的和意义14-15
1.3 激光三角测距国内外研究概况15-20
1.4 本课题的研究内容和目标20-22
第二章 测量系统的原理与总体设计22-39
2.1 激光三角位移传感器的基本原理22-28
2.1.1 直射式激光三角法位移传感器23-25
2.1.2 斜射式激光三角法位移传感器25-27
2.1.3 直入射式与斜入射式特点的比较27-28
2.2 激光三角位移传感器的系统设计28-38
2.2.1 光学系统分析及参数选择29-36
2.2.2 图像采集、数据处理系统设计36-37
2.2.3 软件系统设计37-38
2.3 本章小节38-39
第三章 基于 FPGA 的数据采集控制系统39-50
3.1 线阵CCD 的特点及基本工作原理39-41
3.1.1 CCD 的基本工作原理39-40
3.1.2 CCD 的基本形式40-41
3.2 线阵CCD 的选择41-42
3.3 放大滤波及A/D 转换42
3.4 FPGA 控制模块设计42-49
3.4.1 CCD 驱动电路的作用与设计44-46
3.4.2 激光器光强的FPGA 控制46-49
3.5 本章小节49-50
第四章 基于 DSP 的数据处理系统50-70
4.1 TMS320VC5509A 处理器简要介绍50-52
4.2 DSP 系统的硬件设计52-60
4.2.1 DSP 与FPGA 的接口设计52-53
4.2.2 TMS320C55O9A 外部存储器的扩展53-54
4.2.3 DSP 与主机USB 通讯接口设计54-60
4.3 DSP 系统的软件设计60-69
4.3.1 DSP 开发工具CCS 简介60-61
4.3.2 DSP 上电引导61-66
4.3.3 数据采集、存储66-69
4.4 软件流程69
4.5 本章小节69-70
第五章 图像处理算法的研究以及误差分析70-94
5.1 数字图像的平滑71-75
5.1.1 噪声的产生71-72
5.1.2 常用的滤波方法72-74
5.1.3 滤波方法的选择74-75
5.2 光斑细分定位方法比较75-84
5.2.1 灰度质心法75-77
5.2.2 多项式插值法77-79
5.2.3 多项式拟合79-82
5.2.4 算法分析比较82-83
5.2.5 噪声对细分定位精度的影响83-84
5.2.6 滤波后的细分定位精度84
5.3 系统实验与精度对比84-89
5.3.1 系统实验分析84-87
5.3.2 系统的非线性实验87-89
5.4 误差分析及其改进分析89-93
5.4.1 光源的影响89-90
5.4.2 表面粗糙度的影响90
5.4.3 被测表面颇色的影晌90-91
5.4.4 光斑的大小引起的误差91
5.4.5 CCD 响应不均匀造成的定位误差91-92
5.4.6 光学系统像差的影响92
5.4.7 放大倍率的变化92
5.4.8 图像处理误差92-93
5.5 本章小节93-94
第六章 全文总结94-96
6.1 主要结论94-95
6.2 研究展望95-96
参考文献96-100
附录1：CCD 放大、A/D 电路100-101
附录2：FPGA 部分外围电路101-102
致谢102-103
攻读硕士学位期间撰写和发表的学术论文103-105
欢迎：、、)
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