專利名稱：：一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3d輪廓面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及自動化測量
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤指是一種3D輪廓面的測量方法。是一種關(guān)于用觸發(fā)式測頭在三坐標(biāo)測量機上，啟動測針半徑補償使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償技術(shù)精密測量3D輪廓面的測量方法或軟件；本發(fā)明適用于煙草機械零部件中存在3D輪廓面的計量測試及逆向工程；同時也適用于我國機械制造業(yè)如模具，汽車行業(yè)等異型件的3D輪廓面測量及逆向工程等。
背景技術(shù)：
：在用觸發(fā)式測頭在三坐標(biāo)測量完成空間曲線面的計量測試中，關(guān)鍵技術(shù)就是如何補償測針半徑值，補償測針半徑的關(guān)鍵是計算3D輪廓面上所測點的法線矢量；在測量逆向工程中，對任意空間曲線面，沒有數(shù)學(xué)方程式，則不能應(yīng)用微積分中的偏導(dǎo)數(shù)計算所測量點法線矢量的方向余弦，因此，在測量機上對任意3D輪廓面的測量都較難，各國科學(xué)家為此付出眾多心血做研究，這些成果具體體現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理方面，有的體現(xiàn)在測量系統(tǒng)設(shè)計方面，如PC-匿IS等?？臻g曲線面的測試和制造水平，能反映出一個國家基礎(chǔ)工業(yè)的科技水平。在三坐標(biāo)測試領(lǐng)域，如果測量空間曲面時，關(guān)閉測量半徑補償，則獲取的數(shù)據(jù)是測針中心坐標(biāo)值，因此要有高的數(shù)據(jù)處理水平和高的CAD/CAM應(yīng)用能力才能完成輪廓面的生成，一般測試人員很難達到這樣的理論水平和應(yīng)用能力，尤其對于任意的3D輪廓面，完成等距曲面的難度更大；若啟動測針半徑補償，其測量理論要求測針沿著所測點的法向矢量趨近測量，否則將產(chǎn)生較大測量誤差。因此，在三坐標(biāo)測量技術(shù)中，精密測量任意幾何元素，都必須作測針半徑補償，測針必須沿著所測量點的法線無障礙地趨近測量點測量，并在該法線矢量上做測針半徑補償，如圖l，為測量空間曲面M上的點A示意圖，P為A點切平面，N為A點法線，除沿N的矢量VI以外的任何矢量測量A點，如V2、V3，都將產(chǎn)生測針半徑補償誤差，該誤差是系統(tǒng)誤差。因此，要完成法向矢量的計算才能保證測量的準(zhǔn)確性。此外，在計量測試行業(yè)，測量3D輪廓面的方法很多，如用于外形零部件輪廓掃描的CCD光學(xué)測頭、激光掃描系統(tǒng)等，其測量精度雖不很高，但效率非常高，常用于汽車行業(yè)；也有用于3D輪廓測量的高精度輪廓儀，雖然精度接近納米級，但測量范圍小，應(yīng)用范圍窄；在測量機上也有用SP600接觸掃描測頭，但要具備相關(guān)測量系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。實際上，在三坐標(biāo)測量技術(shù)中，最常使用的是觸發(fā)式測頭，如TP200等等，因此，在3D輪廓掃描中，解決測針半徑補償技術(shù)，對空間曲線面的測量有廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，它使用了測針半徑補償?shù)姆椒ㄖ苯訙y量輪廓面，獲得輪廓面坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并且有高的測量準(zhǔn)確度，如選擇合適的參數(shù)，測量精度可達微米級。本發(fā)明完成測量程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)組文件的生成，并可將其直接導(dǎo)入CAD/CAM系統(tǒng)完成測量逆向工程，高效率完成從測量到CNC機床的制造，實施3D輪廓面無圖紙化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)根據(jù)3D輪廓面建立空間測量坐標(biāo)系，設(shè)定覆蓋3D輪廓的測量范圍；(2)關(guān)閉測針半徑補償，使測針沿垂直于輪廓投影面的矢量方向測量；(3)在該3D輪廓面上采集四個測量點，使其中3個測量點構(gòu)成微型三角形，該微形三角形的3個頂點在測量坐標(biāo)系投影面內(nèi)為"正三角形"，另1個測量點P的投影點M為該"正三角形"的中心，該正三角形的高為d;(4)計算出3D輪廓面上該微型三角形平面的法向矢量V1;(5)啟動測針半徑補償，以該P點為測量目標(biāo)點，以該法向矢量V1為測針趨近方向測量P點的坐標(biāo)值；(6)重復(fù)步驟(2)-(5)，每完成一個新的正三角形構(gòu)建，則測量其P坐標(biāo)，直至3D輪廓面測量完畢。按上述方法測量3D輪廓面的方法還包括，在測量機設(shè)計程序中輸入d值參數(shù)、測量第一點和終點坐標(biāo)，則測量機執(zhí)行自動測量，輸入方式可以人工通過鍵盤輸入，也可以通過測量機人工采集測量起點和終點自動輸入。按上述方法測量3D輪廓面的方法還包括，數(shù)據(jù)文件生成，該方法一次性生成3條測針軌跡曲線和1條輪廓軌跡曲線，其數(shù)據(jù)文件格式符合專用軟件的格式，能導(dǎo)入的CAD/CAM等軟件，實現(xiàn)測量逆向工程；所述使用正三角形的d值由測量機通過標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒灤_定最佳取值范圍；所述的3D輪廓面的測量方法，其特征在于使用等距測量法，即測量該空間曲面，在構(gòu)建投影面內(nèi)形成正三角形的過程中，在坐標(biāo)系投影面內(nèi)，該多個正三角形的對應(yīng)頂點中的其中一點坐標(biāo)值變化量為等距離變化，該其中一點坐標(biāo)值的坐標(biāo)軸可以是x、y或z軸。本發(fā)明的有益效果為該方法采用微型三角形在空間曲面上的構(gòu)建及其法線矢量計算法，所構(gòu)建微型三角形在投影面內(nèi)為正三角形在測量機編程條件下易實現(xiàn)，并且完成了空間曲面上所測點的法線矢量及方向余弦的計算，啟動了測針半徑補償時，利用等距測量法測量3D輪廓面，因此，測量效率和精度較高。本發(fā)明能廣泛應(yīng)用于煙機零件中3D輪廓面的精密測量和制造；也能用于機械制造如模具制造中的測量逆向工程、計量檢定及其復(fù)雜零件輪廓的測量和加工，如異型件，它和CAD/CAM結(jié)合，在煙草行業(yè)，能擴大煙配件的制造范圍和提高制造質(zhì)量，若再結(jié)合到多維NC機床，則3D掃描輪廓的程序設(shè)計，能推動制造技術(shù)的信息化發(fā)展。程序經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒灒x擇合適的d值，測量精度可達微米級，即實驗精度可達平均偏差0.001mm以內(nèi)，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.002mm以內(nèi)；該程序或方法使用方便，只需輸入測量第一點或終點參數(shù)，則執(zhí)行自動測量，輸入方式可以人工通過鍵盤輸入，也可以通過測量機人工采集測量第一點和終點坐標(biāo)值，程序自動計算參數(shù)執(zhí)行，提高效率。由于三坐標(biāo)測量機有大的空間測量范圍，多的測頭空間位置，所以，該發(fā)明可用于大范圍的3D輪廓面掃描。本發(fā)明適用于復(fù)雜輪廓，機械制造業(yè)中模具表面輪廓的測量，如煙草行業(yè)煙機配件中等。圖1是測量空間曲面M上一點A的示意圖；圖2是3D輪廓面的法線、微型三角形的構(gòu)建、正三角形的形成示意圖；圖3是用等距法測量3D輪廓及構(gòu)建正三角形測量重心示意圖；圖4是用VI以P點為目標(biāo)點測量空間曲面S的示意圖。圖5是程序應(yīng)用于煙草機械中3D輪廓面的測量或檢驗示意圖；圖6是測量圖5中的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入CAD/CAM中生成的3D輪廓面示意圖；圖7是測量程序的標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒炈⒌臏y量坐標(biāo)系示意圖；圖8是標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒炛袦y量點掃描軌跡的投影示意圖(xoy平面)。具體實施例方式本發(fā)明在測量機上用觸發(fā)式測頭測量3D輪廓面的方法原理如下首先，測量機原理由于在三坐標(biāo)測量技術(shù)中，精密測量仵何/L何元素，都必須作測針半徑補償，測針必須沿著待測的輪廓面上的測量點的法線無障礙地趨近測量點測量，并在該法線矢量上做測針半徑補償，否則，將產(chǎn)生誤差。如圖l，為測量空間曲面M上的點A示意圖，P為所述空間曲面M在A點的切平面，N為所述空間曲面M在A點的法線，沿除N的矢量VI以外的任何矢量測量A點，如V2、V3，都將產(chǎn)生測針半徑補償誤差，該誤差是系統(tǒng)誤差。因此，要完成法向矢量的計算。其次，測量理論:如圖2，建立測量坐標(biāo)系，選擇要測量的空間輪廓曲面(即3D輪廓曲面)在空間解析幾何中，對于任意曲面S而言，可以在該曲面上確定一個"微型三角形△abc"，使其在XOY平面上的投影為"正三角形AABC"，該正三角形AABC的"中心M"為4心合一，即其重心、垂心、外心及內(nèi)心重合，利用空間幾何可以證明，該"中心M"再投影到曲面S上時，至少成為"微型三角形Aabc"的重心G，即Aabc的中線交點。利用該"微型三角形Aabc"在曲面上所確定的平面計算其法線N，使用該法線的矢量方向，啟動測針半徑補償，以該重心G為測量目標(biāo)點實施精密測量。當(dāng)正三角形AABC的各邊無限趨近于零，也就是其高d(圖中AE)趨近于零，則"微型三角形Aabc"的法線也趨近于該空間輪廓曲面的法線。即按"極限思維"將該輪廓曲面細(xì)分為多個"微型三角形"，但是，這在理論上實際存在誤差，原因在于"微型化"的程度如何。因為測量機存在測量誤差，它能使測量機的綜合誤差影響"擴大化"，主要影響為測量機精度和性能，因此，三角形的"微小化"應(yīng)視具體情況，一般使正三角形AABC的高在d=2mm范圍內(nèi)選擇，可以完成很多精密的空間輪廓曲面測量，對煙機上的關(guān)鍵零件能符合測量精度要求。第三，如圖3，在工件上(即3D輪廓曲面)建立測量坐標(biāo)系，確定3D輪廓曲面的測量起點和終點范圍，在投影XOY坐標(biāo)中，關(guān)閉測針半徑補償，使用方向余弦V(0，0，-1)，用等距法測量3D輪廓曲面。測量點在M1、M2和M3曲線上，M1、M2和M3曲線在投影X0Y坐標(biāo)系中的投影為直線，在x軸方向上，M1到M2距離為2d/3，M2曲線的投影在X0Y平面內(nèi)為正三角形中心所在直線；M1到M3距離為d，其等于正三角形的高d。第四，M1曲線為起點，其x坐標(biāo)為恒定值，在3D輪廓曲面上依次測量點Ml^、M2w及M3,p這3點的y坐標(biāo)均相同，如圖3，x坐標(biāo)變化量分別為2d/3和d;按同樣方法，y坐標(biāo)移動一個K值，再測量3D輪廓面上點Mlj+2、M2j+2和M3j+2及Mlj+3點及M2j+3，M3j+3依此類推。并確保Mlw，M3w和M3,.+3在投影X0Y坐標(biāo)中形成正三角形，如圖3。該投影為正三角<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>形高為d，邊長為2K，于是，滿足形成正三角形的d和K取值應(yīng)符合下列關(guān)系d=KXtg60°第五，用Mlj+2與M3j+3和M3j+3與M3j+1分別做連線向量，使用"右手規(guī)則"，利用這兩個向量的"向量積"計算其法向量Vl，它為測針的趨近方向，使用VI的方向余弦做測針半徑補償，以P(即M2j+2)為測量目標(biāo)點，可作輪廓S的測量，如圖4，該方法暫稱"測針球心坐標(biāo)測量法"。每當(dāng)能完成一個新的正三角形構(gòu)建時，則測量其P坐標(biāo)點，然后依此類推，直到整個3D輪廓面測量完畢。再請參見圖4，圖4為圖3坐標(biāo)系中的截面圖，a位置表示圖2中測量a點的測針球心位置，e位置表示構(gòu)建"微型Aabc"的be邊中點的位置，其在正XOY投影面中的投影分別為A和E點，d為正AABC高，G位置為微型三角形的重心，P為測針中心坐標(biāo)點位置。第六，測量向量的計算在空間解析幾何中，以I、j、k分別表示沿x、y、z軸的單位向量，并稱它們?yōu)榛鞠蛄?。在空間曲面上M1,2和M3,3的連線向量若定義為a，M3,3和M3j+1的連線向量定義為b，a和b兩向量所決定的平面的法線向量定義為c，則可以通過"向量積"計算出c。設(shè)空間坐標(biāo)為Mlj+2(xj+1，yj+1，zj+1)，空間坐標(biāo)為M3j+3(xj+2，yj+2，zj+2)，空間坐標(biāo)為M3j+1(xj+3，yj+3，zj+3)，則a和b兩向量分別計算如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>也就是a=axi=j，JX由向:t積公式C-k、kXj=-j+￡izk，b=bxi+byj+bzkaXb，及iXi=jXj:,iXk=-j。kXk=O，iXj=k、jXk=i、kX得aXb6,,(aybz-azby)i+(azbx^少z如果令q=(aybz_azby)，c2得c=aXb=c^i+c^j+Csk于是C的單位向量為廣艮卩c=ax6=(azbx_axbz)，c3=(axby_aybx):的方向余弦為測針半徑補償矢量，以圖4中p+c「+c3—W+c2+c3使用該矢量方向為趨近方向，該向為目標(biāo)點，可以對輪廓S實施精密測量。第七，3D輪廓曲面測量完畢，可以得到4條曲線的數(shù)據(jù)文件，其中l(wèi)條曲線為曲面上的輪廓數(shù)據(jù)，另外3條為測針軌跡數(shù)據(jù)，其形成的曲面與實際空間輪廓曲面互為等距曲面，距離為一個測針半徑值。Ml曲線上可以任意確定測量第一點的x和y坐標(biāo)，因此，重復(fù)上述測量，直至3D輪廓面測量完畢，可以得到3D輪廓面上多條曲線的數(shù)據(jù)文件。第八，按以上理論設(shè)計測量程序，例如使用DEAPPL語言等，并且完成輪廓軌跡數(shù)據(jù)文件的生成及完成逆向工程。實施例3D輪廓測量程序能廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，如測量逆向工程、反求設(shè)計及計量檢定。在煙草機械中，能針對各種導(dǎo)煙板，煙槍等實施精密測量。圖3為GD包裝機上煙板，工件號2CVBTE36，類似這樣的工件是兩對，其為AutoCAD二維圖，A部分為3D輪廓曲面。本實施例僅以微型三角形Aabc在XOY平面上的投影為例，在其它投影面上投影時也適用。首先，在測量工件上(即3D輪廓面上)建立測量坐標(biāo)系，確定覆蓋3D輪廓面的范圍，如圖2圖5。第2，關(guān)閉測針半徑補償，使測針沿垂直于輪廓投影面的矢量方向測量；第3，在該空間曲面上采集四個測量點，使其中3個測量點a、b、c在曲面上形成微形三角形平面Aabc，該微形三角形平面Aabc在測量坐標(biāo)系X0Y投影面內(nèi)形成正三角形△ABC，另一個測量點P的投影點M為正三角形AABC的中心，該正三角形的高為d;第4，計算出這3個測量點a、b、c組成的微型三角形平面Aabc的的法向矢量V1;第5，啟動測針半徑補償，以該P為測量目標(biāo)點，以該法向矢量VI為測針趨近方向測量P點的坐標(biāo)值；第6，重復(fù)步驟(2)-(5)，每完成一個新的正三角形構(gòu)建，則測量其P坐標(biāo)，直至3D輪廓面測量完畢。依上述方式，在3D曲面的投影面上依次建立若干個測量點，每當(dāng)完成一個新的正三角形構(gòu)建時，則測量其P點的坐標(biāo)值點，然后依此類推，直到整個3D輪廓面測量完畢，得到整個3D輪廓面的坐標(biāo)值。在測量坐標(biāo)系投影面內(nèi)，該多個正三角形的對應(yīng)點中的其中一點坐標(biāo)值變化量為等距離變化，該其中一點坐標(biāo)值的坐標(biāo)軸是x、y或z軸之一。本實施例中，如圖5，將y坐標(biāo)的測量起點設(shè)為yl=210，測量終點y坐標(biāo)由實際輪廓或人工確定，如y2=245等等；x坐標(biāo)的測量范圍由x=-55到x=-10，測量中均使用K=l，d=1.732。x坐標(biāo)的變化量為3時計算一條輪廓曲線測量，依此類推，直到x二-10，這樣便可測量出16條輪廓曲線，按上述方法完成A部分3D輪廓面測量，共生成48個數(shù)據(jù)文件，其中16個為3D輪廓面數(shù)據(jù)文件，其余32個為測針軌跡文件，若把它們調(diào)入CAD/CAM，則可形成兩個曲面，分別為測針軌跡面和實際3D輪廓面，且距離為一個測針半徑的等距曲面，圖6為這16個3D輪廓面數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入CAD/CAM中生成的3D輪廓面示意圖。具體測量步驟和程序設(shè)計方法說明步驟1:對于給定的3D輪廓面，測量坐標(biāo)系一般建立于工件的特征位置上如孔線面等，這個過程為人工完成。如圖5，然后設(shè)定測量范圍。該范圍為點的二維坐標(biāo)值，對圖5而言，測量一條輪廓線時x坐標(biāo)恒定，如x=-55咖，設(shè)y軸的起點坐標(biāo)ys=210mm，y軸的終點坐標(biāo)ye=245mm。步驟2:關(guān)閉測針半徑補償，使測針沿垂直于輪廓投影面的矢量方向測量；步驟3:測量Ml曲線上的點，首先輸入第一測量點的坐標(biāo)位置Mlj+1，如(x=-55，y=210，z=4)，z=4為預(yù)設(shè)值，考慮z=0的基準(zhǔn)面，與實際點誤差應(yīng)小于6mm(測量趨近距離)以內(nèi)，測量機自動測量該點坐標(biāo)后，則得第一測量點Mlw的精確坐標(biāo)位置；然后，測量M2曲線上的點M2w，x坐標(biāo)移動2d/3，d為正三角形的高，即x2=xl+2d/3=-55+2X1.732/3=-51.536mm，y坐標(biāo)依然不變，y2=yl=210，z坐標(biāo)值用zl的坐標(biāo)值替代，即z2=zl;這樣，再測量M3曲線上的點M3j+1，x坐標(biāo)移動d，即x3=xl+d=-55+1.732=-53.268mm，y坐標(biāo)依然不變，y2=yl=210，z3坐標(biāo)值用z2的坐標(biāo)值替代，即z3=z2。本實施例中，采用等距法，即y坐標(biāo)值等距離變化，如設(shè)距離k=lmm，則第二次測量M1曲線上的點時，y坐標(biāo)值為第一個測量點的y坐標(biāo)加k，S卩，y2=ys+k=210+1=211mm。同樣x2=_55mm不變，對z坐標(biāo)值設(shè)定，可以采用步驟2中的z3加一個預(yù)報誤差量4mm。按步驟2的方法測量Mlj+2、M2j+2及M3j+2。再按上述的方法測量Mlj+3、M2j+3及M3j+3。步驟4:用Mlj+2、M3w及M3j+3計算出該三點組成的空間三角形平面的法線向量Vl;這三點是也是測針中心的坐標(biāo)。步驟5:啟動半徑補償，以M2j+2為測量目標(biāo)點(M2j+2即是P點)，以Mlj+2、M3j+1及M3,3三點組成的空間三角形平面的法線向量V1為測針趨近和補償方向，測量M2j+2點的坐標(biāo)值，這樣就獲得了3D輪廓一個點坐標(biāo)值。步驟6:重復(fù)步驟2、3、4、5，直到y(tǒng)2=245mm止。步驟7:按需要設(shè)計數(shù)據(jù)文件生成，其格式符合專業(yè)軟件的讀取，如能導(dǎo)入的CAD/CAM軟件，實現(xiàn)測量逆向工程。步驟8:該程序設(shè)計中，應(yīng)含有標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒?，確定所用測量機使用該理論做精密測量的最佳d值。圖9為測量程序的原理圖。曲線組的數(shù)據(jù)文件生成該測量程序設(shè)計伴隨曲線組的數(shù)據(jù)文件同時生成，分別將測針中心軌跡和測量輪廓面軌跡的x、y和z坐標(biāo)值按不同的文件存儲，如表1:表1:測量數(shù)據(jù)文件組生成類型MEA文件ISO"G文件澳附曲線mlmcurvel.meamcurvel澳斷曲線m2mcurve2jneamcurve2輪廓曲線sProfinjneaProfin鵬ProgAutoCAD,CAD/CAM等CATVCAHSurfecer等mea型和ISO-G型文件可以相互轉(zhuǎn)換，也可以設(shè)計處理程序轉(zhuǎn)換為任何需要的數(shù)據(jù)文件，以利于CAD/CAM、MasterCAM等專業(yè)化軟件中的讀取。上述6個文件的生成均為"覆蓋"型設(shè)計，即第二次測量的文件自動"覆蓋"上一次測量的文件。程序的3D標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒灪蚫的取值分析它是測量程序的驗證過程，可以看為實施例，是驗證該測量方法和理論的基本手段。關(guān)閉測針半徑補償時測量的方向余弦為V(0，0，-1)，使用該程序做3D輪廓球面掃描。由于標(biāo)準(zhǔn)球有高精度的輪廓表面，是測量機基準(zhǔn)校準(zhǔn)球，如果應(yīng)用上述理論設(shè)計的程序做標(biāo)準(zhǔn)球上的空間曲線面測試時，則測試結(jié)果也可以作為評價測量程序和方法的科學(xué)根據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)球參數(shù)為直徑偏差為0.00015mm，平均直徑約15.875152mm。在標(biāo)準(zhǔn)球上建立測量坐標(biāo)系如圖7述，其中心設(shè)置于球心，第一條測量線的投影過球心，"正三角形高"d分別取不同值，xl=0，x2=2d/3，x3=d，y取值由-6到6mm。測試上半球的空間曲面，其測量點的掃描軌跡如圖8述采用本發(fā)明在標(biāo)準(zhǔn)球上作3D輪廓面測量實驗，測量標(biāo)準(zhǔn)球面輪廓的評價點數(shù)、測針軌跡R、輪廓軌跡r的平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差如表2述表2中，當(dāng)d值小于0.7mm時，r的平均偏差變大，實驗誤差將逐步變大，測量將產(chǎn)生大的誤差或錯誤的測量結(jié)果，這與測量機的測量精度及法矢量計算精度有關(guān)；當(dāng)d值逐步變大時，輪廓測量點數(shù)變少，標(biāo)準(zhǔn)偏差相對偏大，因此，測量不確定度也變大。表2:正三角形d值的實驗分析<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>d值在lmm至2.5mm之間有高的測量準(zhǔn)確度，并且d值在0.9mm至1.5mm之間實驗測量精度可達平均偏差0.OOlmm以內(nèi)，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.002mm以內(nèi)。如果d值較小，輪廓的測量點數(shù)變密，能真實反映輪廓情況，雖然測量精度高，但測量效率較低；如果d值較大，測量效率較高，但測量不確定度也變大。所以，對不同的測量機應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒灒骶軠y量時，根據(jù)不同情況，對測量不同的空間曲面選擇恰當(dāng)d值是有必要的。在本發(fā)明的其它較佳實施例中，可以將方向余弦設(shè)定為(O，O，l);也可以在X0Z投影面內(nèi)構(gòu)建正三角形，相應(yīng)的應(yīng)設(shè)定方向余弦為(0，-l，O)或(O，l，O);也可以在YOZ投影面內(nèi)構(gòu)建正三角形，相應(yīng)的應(yīng)設(shè)定方向余弦為(-l，O，O)或(l，O，O);通過上述變化共可以設(shè)計出6個通用的標(biāo)準(zhǔn)掃描程序，它可在空間范圍內(nèi)針對零件作6種方式的復(fù)雜3D輪廓面掃描，能在一個坐標(biāo)系下完成零件上存在多個3D輪廓面曲面的測量。權(quán)利要求一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，利用三坐標(biāo)測量機完成測量，其特征在于，包括以下步驟(1)根據(jù)3D輪廓面建立空間測量坐標(biāo)系，設(shè)定覆蓋3D輪廓面的測量范圍；(2)關(guān)閉測針半徑補償，使測針沿垂直于輪廓投影面的矢量方向測量；(3)在該3D輪廓面上采集四個測量點，使其中3個測量點構(gòu)成微型三角形，該微形三角形的3個頂點在測量坐標(biāo)系投影面內(nèi)為正三角形，另1個測量點P的投影點M為該正三角形中心，該正三角形的高為d；(4)計算出3D輪廓面上該微型三角形平面的法向矢量V1；(5)啟動測針半徑補償，以該P點為測量目標(biāo)點，以該法向矢量V1為測針趨近方向測量P點的坐標(biāo)值；(6)重復(fù)步驟(2)-(5)，每完成一個新的正三角形構(gòu)建，則測量其P坐標(biāo)，直至3D輪廓面測量完畢。2.如權(quán)利要求1所述的一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，其特征在于，所述方法進一步包括步驟(1)數(shù)據(jù)文件生成一次性生成3條測針軌跡曲線和1條輪廓軌跡曲線，其數(shù)據(jù)文件格式符合專用軟件的格式，能導(dǎo)入CAD/CAM等軟件，實現(xiàn)測量逆向工程；(2)所述正三角形的高d值由測量機通過標(biāo)準(zhǔn)球?qū)嶒灤_定最佳取值范圍。3.如權(quán)利要求1所述的一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，其特征在于，所述步驟(3)進一步包括步驟(31)在XOY投影面內(nèi)構(gòu)建正三角形，相應(yīng)的應(yīng)設(shè)定方向余弦為(O，O，-l)或(O，O，l);(32)在XOZ投影面內(nèi)構(gòu)建正三角形，相應(yīng)的應(yīng)設(shè)定方向余弦為(O，-l，O)或(O，l，O);(33)在YOZ投影面內(nèi)構(gòu)建正三角形，相應(yīng)的應(yīng)設(shè)定方向余弦為(-l，O，O)或(l，O，O)。4.如權(quán)利要求1或2所述的一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，其特征在于，所述步驟(3)進一步包括步驟在測量坐標(biāo)系投影面內(nèi)形成正三角形時，在測量坐標(biāo)系投影面內(nèi)該正三角形的對應(yīng)頂點中的其中一點坐標(biāo)值變化量為等距離變化，該其中一點坐標(biāo)值的坐標(biāo)軸是x、y或z軸中的任意一個；5.如權(quán)利要求4所述的一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，其特征在于，所述步驟進一步包括步驟在測量機設(shè)計程序中輸入d值參數(shù)、測量第一點和終點坐標(biāo)，則測量機執(zhí)行自動測量。6.如權(quán)利要求1所述的一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，其特征在于測量點P是測針中心坐標(biāo)。全文摘要本發(fā)明公開一種使用測針中心坐標(biāo)和矢量補償精密測量3D輪廓面的方法，所述方法包括根據(jù)3D輪廓面建立空間測量坐標(biāo)系；設(shè)定覆蓋3D輪廓的測量范圍；關(guān)閉測針半徑補償，使測針沿垂直于輪廓投影面的矢量方向測量；在該空間曲面上采集四個測量點，使其中3個測量點構(gòu)建微型三角形，該三角形的3個頂點在測量坐標(biāo)系投影面內(nèi)形成正三角形，另1個測量點P的投影點為該正三角形中心M；計算出這3個測量點組成的微型三角形平面的法向矢量V1；啟動測針半徑補償，以該P點為測量目標(biāo)點，以V1為測針趨近和補償方向測量該3D輪廓面；依此類推，完成3D輪廓面的測量。本發(fā)明可用于大范圍、復(fù)雜輪廓的3D輪廓面測量，具有測量精度高并且測量效率高的優(yōu)點。文檔編號G01B21/20GK101750044SQ20081018072公開日2010年6月23日申請日期2008年11月28日優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日發(fā)明者李存華申請人:紅塔煙草(集團)有限責(zé)任公司