帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量方法與裝置的製作方法
2023-09-14 09:18:25 1
專利名稱：帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及大型工程與大型機器、工件的空間坐標測量，能夠在工程、機器運行、 零件加工與裝配現場使用，被測對象的尺寸可以遠大於檢測設備的尺寸，要求測量精度高， 屬於測試技術及儀器領域，涉及大尺寸空間三維坐標的測量。具體講，涉及帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量方法與裝置。
背景技術：
隨著高科技的發展，大型工程、大型機器、大型零件在國民經濟與國防中的應用日益廣泛，而且對它們的精度要求越來越高。大型工程對象的高精度檢測，特別是現場檢測是一個在全世界範圍內沒有很好解決的難題。
在幾何量空間坐標檢測中應用最廣泛的是正交式三坐標測量機，但是正交式三坐標測量機在許多方面不能適應大型工程對象的高精度檢測的要求。首先要測量多大的工件，必須有比它更大的三坐標測量機。這種三坐標測量機不僅造價高昂，而且技術難度很大。為了獲得開闊的測量空間，一般採用龍門式結構，如圖1所示。從結構形式看，X向標尺與驅動裝置只能在側面。不僅會帶來較大的阿貝臂與繞Z軸擺動，造成較大的阿貝誤差， 驅動也不易平穩。為了改善測量機驅動性能、減小阿貝誤差，對於Y向行程在an以上的測量機，常採用雙驅動與雙標尺的方案。靠雙標尺反饋回來的信號，控制左右兩側同步運動， 技術難度大。χ向長導軌的製造也有很大困難。目前世界上最大的測量機X向行程為20m， 價格達數百萬美元。更重要的是，這種三坐標測量機無法在現場使用，而必須將被測對象搬到三坐標測量機是測量。這在許多情況下是無法實現的。
為了滿足現場測量的需要，圖2所示經緯儀是一種常用的儀器。利用兩個或兩個以上的經緯儀瞄準同一個目標點P，每一經緯儀測得兩個角度，一為水平方位角α，另一為在垂直平面上的夾角β。通過三角計算可以得到P點在三維空間中的坐標。這種方法的缺點是，為了獲得P點的坐標必須知道兩個經緯儀光學中心的距離b和高度差h，為此需要用長標準尺或其它標準樣件進行標定。長標準尺或標準樣件難以製作、使用不便，精度也難以保證。另外利用經緯儀測量大尺寸是基於三角法測角的原理，測量角度的不確定度隨距離增大而增大，在換算成線位移或尺寸時還要乘以距離，使測量不確定度進一步增大。更為重要的是，經緯儀難以用來測量物體的內部參數。
圖3是利用多攝像頭測量大尺寸的原理，同一個點P同時在多個攝像頭中成像，經過數據處理可以確定P點的空間坐標。多攝像頭系統與經緯儀系統一樣，基於三角法測角的原理，需要用長標準尺或標準樣件進行標定，測量不確定度隨距離增大而迅速增大，難以用來測量物體的內部參數。
圖如所示是雷射跟蹤儀，它採用圖4b所示球坐標測量原理。在測量時採用圖5所示靶標，靶標沿被測表面移動。當靶標中心0偏離雷射跟蹤儀發出的入射光束時，經靶標反射的出射光束不沿原路返回，而是錯開一段距離，如圖5所示。雷射跟蹤儀拾取這一信息， 進行跟蹤，改變光束的方向，直至雷射跟蹤儀發出的入射光束通過靶標中心0。這樣根據雷射跟蹤儀繞水平與鉛垂軸的轉角Φ 、θ i與由雷射跟蹤儀內部的幹涉儀測得的幹涉儀原點至靶標中心0的距離Li，就可以確定目標點Pi的位置(圖4b)。雷射跟蹤儀精度高，測量範圍大(幾十米)。其主要不足是難以測量被測對象的內部特徵。誠然，雷射跟蹤儀的製造廠商也推出了一些手持操作的光筆(圖6)，它的一端是一個測頭(或剛性測端)，另一端是靶標，雷射跟蹤儀瞄準靶標，進行測量。利用它，可以測量離被測對象外輪廓不遠處的某些內部特徵。其主要問題是在手動操作中很難控制光筆的方向，保證測頭(或測端)與靶標的空間相對位置不變。光筆稍一傾斜就會帶來顯著誤差。正因為這一原因，也由於操作上的原因，通常光筆很短，不超過200-300mm。發明內容
為克服現有技術的不足，提供一種可以在工程或生產現場使用、測量精度高、工作安全可靠、測量範圍大、能夠探測被測對象內外部特徵的、能夠滿足各種工程與生產中大尺寸測量的需要，帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量系統。本發明採取的技術方案是，帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量裝置，由測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統三部分以及測量線位移的雷射幹涉儀組成；測量機設置有立柱及其底部設有輪子，用於將測量機移到被測對象現場、距被測特徵點較近的地方；安裝在立柱上的水平臂能夠做X向運動，安裝在水平臂一端的主軸能夠做ζ向運動，水平臂另一端安裝有角隅稜鏡；主軸上一端裝有測頭迴轉體， 測頭迴轉體能同時繞水平與鉛垂軸轉動；測頭迴轉體上裝有測頭，測頭上裝有探針，探針上有應變片用於測量探針變形；主軸上另一端裝有靶標、測角裝置，主軸上貼有測溫元件用於進行溫度補償；
靶標的光學中心與測頭迴轉體中心之間的距離是確定的；
雷射幹涉儀瞄準安裝水平臂末端的角隅稜鏡，雷射幹涉儀的光束調整到與水平臂移動平行的方向，雷射跟蹤儀瞄準靶標、水平臂沿X方向移動，同時記錄雷射幹涉儀與雷射跟蹤儀的讀數，經過數據處理可以同時確定在標定初始位置雷射跟蹤儀的光學中心與靶標光學中心之間的距離，以及角隅稜鏡與靶標的光學中心之間的空間相對位置；
雷射跟蹤儀用於跟蹤、測量靶標的光學中心點的位置，測角裝置用於測量主軸相對於被測對象繞X與y方向偏轉角，應變片測量探針的彎曲變形，並進行誤差補償。
所述裝置設置有測頭保護機構，測頭保護機構是一個活動座，靠彈簧與定位機構使活動座相對於測頭座精確定位，側頭固定在活動座上，側頭座固定在測頭迴轉體上，測頭與工件或其它物體從任何方向發生碰撞時，定位機構脫開，定位機構內的觸點副斷開，測量機停止運動，測頭與測量機得到保護。
測角裝置為兩個電子水平儀，分別測量主軸繞X與y軸的轉動。
帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量方法藉助於帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量裝置實現，並包括下列步驟
1.將測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統安裝在測量現場，根據測量需要將測量機移動到被測對象旁的第一個位置，利用線位移測量雷射幹涉儀瞄準角隅稜鏡，並將幹涉儀的雷射束調整到與測量機水平臂的X向運動平行的方向。通過在X方向的全量程內移動水平臂，同時記錄線位移測量雷射幹涉儀與雷射跟蹤儀的一系列讀數，標定靶標6與雷射跟蹤儀光學中心的絕對距離；
2.利用測量機測量被測對象上的若干點，實現雷射跟蹤儀、測量機與被測對象坐標系的統一；
3.測量方案的優化與路徑規劃包括測量機需要移動的位置數與具體位置的確定；測量機在各個位置的水平臂、主軸、測頭迴轉體的路徑規劃與優化，防碰撞與防雷射跟蹤儀丟光的檢查；雷射跟蹤儀需要移動的位置數與具體位置的確定；
4.在雷射跟蹤儀與測量機的第一個位置，實現自動測量，計算機採集並存貯每一個採樣點的雷射跟蹤儀讀數包括繞雷射跟蹤儀兩根軸的轉角與由幹涉儀測量得到的雷射跟蹤儀光學中心到靶標光學中心的距離、由測角裝置測量的測量機主軸繞X與y軸的轉角， 由測溫元件測量的主軸溫度，測頭迴轉體繞其兩根軸的轉角，由應變片測量的探針變形，三維測頭讀數；
5.在完成測量機的一個位置的全部檢測工作後，前述路徑規劃，保持雷射跟蹤儀不動，將測量機移到下一位置，在移動測量機過程中需要特別注意防止雷射跟蹤儀丟光，並在此基礎上保持測量機移動前後的坐標系統一；
6.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在測量機的新的位置上完成在這一位置上全部測量運動、數據採集與存貯；
7.根據路徑規劃，在需要的情況下，保持測量機的靶標不動，將雷射跟蹤儀移到下一位置，在移動雷射跟蹤儀過程中需要特別注意防止雷射跟蹤儀丟光，並在此基礎上保持雷射跟蹤儀移動前後的坐標系統一；
8.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在雷射跟蹤儀的新的位置上完成在這一位置上全部測量運動、數據採集與存貯；
9.根據需要，重複上述步驟，直至完成全部測量工作。
本發明具有如下技術效果
1、可以測量尺寸達數十米的大型工件、機器或工程對象的各種幾何參數；
2、測量系統可以移動，可以在被測對象現場測量。
3、可以測量被測對象的外部與內部特徵參數。
4、測量精度高，而對測量機的運動精度沒有嚴格要求。測量精度主要靠雷射跟蹤儀、誤差補償(主軸轉角與變形測量、探針變形測量等)、測頭與測頭迴轉體、標定等保證。
5、測量機工作安全可靠。
6、造價遠比同樣測量範圍、精度的大型三坐標測量機低。
圖1為大型龍門式三坐標測量機示意圖。圖中10為立柱，11為導軌，12為橫梁， 13為滑架，14為主軸。
圖2為經緯儀示意圖。
圖3為多攝像頭系統示意圖。
圖4為雷射跟蹤儀示意圖。
圖5為靶標示意圖。
圖6為光筆示意圖。
圖7為帶雷射跟蹤的大型三坐標測量系統示意圖。6
圖8為碰撞保護機構示意圖。圖中1為測頭，2為定位機構與觸點副，3為活動座， 4為彈簧，5為測頭座。
具體實施方式
本發明針對上述問題，發明一種(1)可以在工程或生產現場使用；( 測量精度高；⑶安全可靠；⑷測量範圍大；(5)能夠探測被測對象內部與外部特徵的、可以滿足各種工程與生產中大尺寸測量的需要，帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量系統。
帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量系統由測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統三部分組成，如圖7所示。測量機的主要功能是探及被測對象的特徵點，包括外部特徵點與內部特徵點。測量機的立柱3的底部有輪子2，可以將它移到被測對象現場、距被測特徵點較近的地方。在到達位置後爪1放下，使測量機有穩定的位置。為了方便探及，水平臂5可以做 χ向運動，主軸8可以做ζ向運動，測頭迴轉體11可以同時繞水平與鉛垂軸轉動，測頭10探測被測點的位置。
對於整個測量機的移動、定位，水平臂5的χ向運動，主軸8的ζ向運動，都沒有嚴格的精度要求。這裡不是根據它們的位置來確定探測點P的坐標位置，而是利用雷射跟蹤儀跟蹤、瞄準靶標6來確定靶標的光學中心M點的位置。
靶標6的光學中心M點與測頭迴轉體中心Q之間的距離是確定的，溫度變化對於 M點與Q點之間距離變化的影響可以利用貼在主軸8上的測溫元件進行補償。最嚴重的影響來自主軸8方向的不確定性。整個測量機的傾斜、水平臂5的角運動誤差、水平臂5的彎曲變形、主軸8的角運動誤差都會嚴重影響Q點相對於M點的空間位置。由於被測對象是大尺寸件，圖7中的1和h，主軸8的長度都應該足夠大，使得測頭10能夠探測到需要測量的被測點。所以上述傾斜、變形與運動誤差的影響會相當大，不對它們進行補償會使整個測量失去意義。本發明採用角度測量裝置7測量主軸相對於被測對象繞χ與y方向偏轉角， 引入誤差補償。
為了方便測量內部特徵，需要採用長度較長、直徑較細的探針9，為了補償其探針彎曲變形的影響，探針9上貼有應變片。測頭迴轉體11的轉角精度是相當高的，在對主軸 8的偏轉、探針9的彎曲變形進行誤差補償後，可以精確確定探測點P相對於測頭迴轉體中心Q點的空間位置。
利用雷射跟蹤儀精確測量靶標的光學中心M點的位置，利用角度測量裝置7測量主軸8相對於被測對象繞χ與y方向偏轉角，利用應變片測量探針9的彎曲變形，並進行誤差補償後，可以精確測量被測對象內部或外部各個特徵點P的空間位置。
在大尺寸現場測量中另一個十分重要的問題是安全可靠。由於被測對象的內部是看不到的，測量機又是臨時推到被測對象近旁的，容易由於操作不當發生碰撞。為了保證安全可靠運行，本發明採用了基於虛擬三坐標測量機的防碰撞技術和碰撞保護技術。
在本發明中，雷射跟蹤儀的光學中心(幹涉儀原點)起著基準點的作用，從原理上說，要求在整個測量中雷射跟蹤儀的位置固定不變。然而大尺寸測量中，由於被測對象尺寸很大，又希望測量機不要太大，需要將測量機推到各個就近位置，從不同方位進行測量，有可能出現雷射跟蹤儀發出的雷射束受阻擋的情況。本發明開發了一種在保證基準統一的前提下，允許移動雷射跟蹤儀的技術。雷射跟蹤儀通過在移位前後，瞄準同一固定靶標6實現基準統一。
計算控制系統完成運動控制、測量數據採集、誤差補償、數據處理等任務。
及(6)式計位姿改變後的發射站新位姿參數R'Txe。
本發明提出了一種可以在工程或生產現場使用、測量精度高、工作安全可靠、測量範圍大、能夠探測被測對象內外部特徵的、能夠滿足各種工程與生產中大尺寸測量的需要， 帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量系統。
1.本發明是一種由一臺可移動低精度坐標測量機與雷射跟蹤儀、計算控制系統組成的大型三坐標測量系統。
2.從能夠在被測對象現場測量的要求出發，測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統都是可以移動的。
3.本發明的一個重要創新是將實現探及與保證測量精度分開。
4.為了實現現場測量，並儘量減小測量機尺寸，測量機可以移動到被測對象旁，停在所需位置。
5.為了能夠探及被測對象的各種內部與外部特徵，如附圖7所示，它的水平臂5能夠做X向運動，主軸8可以做Z向運動，主軸8上裝有測頭迴轉體11和測頭10，使它能夠方便地探及被測點。
6.為了保證測量精度，主軸8的上方裝有靶標6，靶標可以採用貓眼或角隅稜鏡。 靶標6的位置由雷射跟蹤儀精確測定。測量機的整體移動、以及水平臂5的χ向運動、主軸 8的ζ向運動精度對測量不確定度基本上沒有影響。它們的精度只要滿足能夠探及被測點的要求即可。主軸8上裝有測量主軸繞χ與y軸轉動的測角裝置7，並貼有測溫元件。利用測角裝置7與測溫元件可以精確地確定測頭迴轉體11的迴轉中心Q相對於靶標6的光學中心M的相對位置，從而精確確定測頭迴轉體11的迴轉中心Q的空間位置。測頭10的探針 9上貼有應變片，它能測出由於測量力與重力等引起的探針變形，根據它引入對於探針變形的誤差補償。
7.由於引入了上述誤差補償措施，從而可以按需要將測量機移動到被測對象的近旁的相應位置，測量機水平臂的變形、水平臂與豎直主軸的運動誤差都不影響測量精度，可以減小測量機體積、降低對測量機的製造精度要求、採用長的水平臂與主軸，深入到被測對象的各個部位進行測量，而保持高的測量精度。
8.為了實現安全可靠地自動測量，採用虛擬三坐標測量機對於測量機與被測對象建模。在手動探測被測對象上的若干個點後，即可實現雷射跟蹤儀坐標系與被測對象坐標系(工件坐標系)之間的轉換與統一。在虛擬三坐標測量機上可以實現(1)確定三坐標測量機整體需要移動幾個位置、移動到哪幾個位置才能完成被測對象全部待測要素的測量。 並對測量機整體移動位置進行優化。(2)確定對於三坐標測量機的這幾個位置、雷射跟蹤儀的光束是否都能夠無阻擋地探及靶標6。在有困難的情況下，確定雷射跟蹤儀需要移動到哪幾個位置，雷射跟蹤儀的光束才能無阻擋地探及靶標6。並對雷射跟蹤儀的移動位置進行優化。( 進行測量機的測量路徑規劃，包括水平臂5的移動、主軸8的移動與測頭迴轉體11 的轉動，進行防碰撞檢查。進行測量機的測量路徑規劃的優化。(4)在計算機控制下，按照優化的路徑規劃實現被測對象的自動測量。
9.在所建立的測量機模型基礎上，根據雷射跟蹤儀測量得到的靶標中心M的位置、測角裝置7測量的主軸8繞χ與y軸轉角、測溫元件測量的主軸溫度、測頭迴轉體11繞水平與鉛垂軸的轉角、應變片測量得到的探針9變形、測頭10的讀數，可以精確算出測端P 在雷射跟蹤儀坐標系中的位置，並在計算機屏幕上顯示。
10.測量機具有圖8測頭保護機構，測頭不是直接固定在測頭座上，而是固定在一個活動座上，靠彈簧與定位機構使活動座相對於測頭座精確定位。測頭與工件或其它物體從任何方向發生碰撞時，定位機構脫開，定位機構內的觸點副斷開，測量機停止運動，測頭與測量機得到保護。
11.在必須移動雷射跟蹤儀時，圖7中的靶標6不動，雷射跟蹤儀邊移動、邊跟蹤， 它記錄雷射跟蹤儀光學中心移動的距離，雷射束轉過的角度，通過計算得到雷射跟蹤儀光學中心的新位置，通過坐標系轉換，保持測量坐標系的統一。
12.測量系統具有確定測量機相對於雷射跟蹤儀位置，從而確定它的空間位置的功能。通常，雷射跟蹤儀是一個增量碼測量系統，需要知道在初始位置雷射跟蹤儀的光學中心與靶標光學中心之間的距離。本測量系統具有在測量現場標定雷射跟蹤儀的光學中心與靶標光學中心之間的距離的功能。其工作原理是利用一臺普通的測量線位移的雷射幹涉儀，瞄準安裝在圖7中水平臂5末端的角隅稜鏡4，並將其光束調整到與χ軸，即水平臂5移動平行的方向。雷射跟蹤儀瞄準靶標6。沿χ方向移動水平臂5，同時記錄普通的雷射幹涉儀與雷射跟蹤儀的讀數。為了保證標定精度，要求儘量增大水平臂5沿χ方向移動的距離、 增加採樣點數。經過數據處理可以同時確定在標定初始位置雷射跟蹤儀的光學中心與靶標光學中心之間的距離，以及角隅稜鏡4與靶標6的光學中心之間的空間相對位置。
本發明的目的在於提供一種能夠在被測對象現場測量尺寸可達數十米的大型工程對象的內外特徵要素的坐標測量系統，它具有精度高、工作安全可靠、造價低的特點。
下面結合附圖和實施例進一步詳細說明本發明。
本發明提出了一種帶雷射跟蹤的大型坐標測量系統。其工作原理如圖7所示。
10.它由測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統三部分組成。從能夠在被測對象現場測量的要求出發，測量機、雷射跟蹤儀與控制計算系統都是可以移動的
11.根據被測對象與測量要求研製或選用相應規格的測量機，包括測量機的χ與 ζ向行程、圖7中的l、h尺寸、探針9的長度等，測頭與測頭迴轉體等配置，使之滿足測量要求。
12.圖7中的測角裝置7可以採用兩個電子水平儀，它們分別測量主軸8繞χ與y 軸的轉動，靶標6可以採用貓眼或角隅稜鏡。測頭10可以採用三維模擬測頭(如SP25)或觸發測頭。
13.根據三坐標測量機的結構、尺寸、配置、運動，在虛擬三坐標測量機中建立測量機的模型。根據被測對象的圖紙建立被測對象的模型。
14.將測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統安裝在測量現場。根據測量需要將測量機移動到被測對象旁的第一個位置。利用一臺普通的線位移測量雷射幹涉儀瞄準圖7中的角隅稜鏡4，並將幹涉儀的雷射束調整到與測量機水平臂5的χ向運動平行的方向。通過在χ方向的全量程內移動水平臂5，同時記錄線位移測量雷射幹涉儀與雷射跟蹤儀的一系列讀數，標定靶標6與雷射跟蹤儀光學中心的絕對距離。
15.利用測量機測量被測對象上的若干點，實現雷射跟蹤儀、測量機與被測對象坐標系的統一。
16.利用虛擬三坐標測量機實現測量方案的優化與路徑規劃，包括測量機需要移動的位置數與具體位置的確定；測量機在各個位置的水平臂、主軸、測頭迴轉體的路徑規劃與優化，防碰撞與防雷射跟蹤儀丟光的檢查。雷射跟蹤儀需要移動的位置數與具體位置的確定。
17.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在雷射跟蹤儀與測量機的第一個位置，實現自動測量。計算機採集並存貯每一個採樣點的雷射跟蹤儀讀數(包括繞雷射跟蹤儀兩根軸的轉角與由幹涉儀測量得到的雷射跟蹤儀光學中心到靶標光學中心的距離)、由測角裝置測量的測量機主軸繞X與y軸的轉角，由測溫元件測量的主軸溫度，測頭迴轉體繞其兩根軸的轉角，由應變片測量的探針變形，三維測頭讀數等。
18.在完成測量機的一個位置的全部檢測工作後，根據虛擬三坐標測量機確定路徑規劃，保持雷射跟蹤儀不動，將測量機移到下一位置。在移動測量機過程中需要特別注意防止雷射跟蹤儀丟光，並在此基礎上保持測量機移動前後的坐標系統一。
19.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在測量機的新的位置上完成在這一位置上全部測量運動、數據採集與存貯。
20.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在需要的情況下，保持測量機的靶標不動，將雷射跟蹤儀移到下一位置。在移動雷射跟蹤儀過程中需要特別注意防止雷射跟蹤儀丟光，並在此基礎上保持雷射跟蹤儀移動前後的坐標系統一。
21.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在雷射跟蹤儀的新的位置上完成在這一位置上全部測量運動、數據採集與存貯。
22.根據需要，重複上述步驟，直至完成全部測量工作。
23.測量完畢後，將測量機與雷射跟蹤儀移到安全位置。
24.進行測量數據的處理與分析，給出測量結果。
權利要求
1.一種帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量裝置，其特徵是，由測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統三部分以及測量線位移的雷射幹涉儀組成；測量機設置有立柱及其底部設有輪子，用於將測量機移到被測對象現場、距被測特徵點較近的地方；安裝在立柱上的水平臂能夠做χ向運動，安裝在水平臂一端的主軸能夠做ζ向運動，水平臂另一端安裝有角隅稜鏡； 主軸上一端裝有測頭迴轉體，測頭迴轉體能同時繞水平與鉛垂軸轉動；測頭迴轉體上裝有測頭，測頭上裝有探針，探針上有應變片用於測量探針變形；主軸上另一端裝有靶標、測角裝置，主軸上貼有測溫元件用於進行溫度補償；靶標的光學中心與測頭迴轉體中心之間的距離是確定的；雷射幹涉儀瞄準安裝水平臂末端的角隅稜鏡，雷射幹涉儀的光束調整到與水平臂移動平行的方向，雷射跟蹤儀瞄準靶標、水平臂沿X方向移動，同時記錄雷射幹涉儀與雷射跟蹤儀的讀數，經過數據處理可以同時確定在標定初始位置雷射跟蹤儀的光學中心與靶標光學中心之間的距離，以及角隅稜鏡與靶標的光學中心之間的空間相對位置；雷射跟蹤儀用於跟蹤、測量靶標的光學中心點的位置，測角裝置用於測量主軸相對於被測對象繞χ與y方向偏轉角，應變片測量探針的彎曲變形，並進行誤差補償。2.如權利要求1所述裝置，其特徵是，所述裝置設置有測頭保護機構，測頭保護機構是一個活動座，靠彈簧與定位機構使活動座相對於測頭座精確定位，側頭固定在活動座上，側頭座固定在測頭迴轉體上，測頭與工件或其它物體從任何方向發生碰撞時，定位機構脫開， 定位機構內的觸點副斷開，測量機停止運動，測頭與測量機得到保護。3.如權利要求1所述裝置，其特徵是，測角裝置為兩個電子水平儀，分別測量主軸繞χ 與y軸的轉動。4.一種帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量方法，其特徵是，藉助於帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量裝置實現，並包括下列步驟1.將測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統安裝在測量現場，根據測量需要將測量機移動到被測對象旁的第一個位置，利用線位移測量雷射幹涉儀瞄準角隅稜鏡，並將幹涉儀的雷射束調整到與測量機水平臂的χ向運動平行的方向，通過在χ方向的全量程內移動水平臂，同時記錄線位移測量雷射幹涉儀與雷射跟蹤儀的一系列讀數，標定靶標6與雷射跟蹤儀光學中心的絕對距離；
2.利用測量機測量被測對象上的若干點，實現雷射跟蹤儀、測量機與被測對象坐標系的統一；
3.測量方案的優化與路徑規劃包括測量機需要移動的位置數與具體位置的確定；測量機在各個位置的水平臂、主軸、測頭迴轉體的路徑規劃與優化，防碰撞與防雷射跟蹤儀丟光的檢查；雷射跟蹤儀需要移動的位置數與具體位置的確定；
4.在雷射跟蹤儀與測量機的第一個位置，實現自動測量，計算機採集並存貯每一個採樣點的雷射跟蹤儀讀數包括繞雷射跟蹤儀兩根軸的轉角與由幹涉儀測量得到的雷射跟蹤儀光學中心到靶標光學中心的距離、由測角裝置測量的測量機主軸繞χ與y軸的轉角，由測溫元件測量的主軸溫度，測頭迴轉體繞其兩根軸的轉角，由應變片測量的探針變形，三維測頭讀數；
5.在完成測量機的一個位置的全部檢測工作後，前述路徑規劃，保持雷射跟蹤儀不動， 將測量機移到下一位置，在移動測量機過程中需要特別注意防止雷射跟蹤儀丟光，並在此基礎上保持測量機移動前後的坐標系統一；
6.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在測量機的新的位置上完成在這一位置上全部測量運動、數據採集與存貯；
7.根據路徑規劃，在需要的情況下，保持測量機的靶標不動，將雷射跟蹤儀移到下一位置，在移動雷射跟蹤儀過程中需要特別注意防止雷射跟蹤儀丟光，並在此基礎上保持雷射跟蹤儀移動前後的坐標系統一；
8.根據虛擬三坐標測量機確定的路徑規劃，在雷射跟蹤儀的新的位置上完成在這一位置上全部測量運動、數據採集與存貯；
9.根據需要，重複上述步驟，直至完成全部測量工作。
全文摘要
本發明涉及大型工程與大型機器、工件的空間坐標測量。為提供一種可以在工程或生產現場使用、測量精度高、工作安全可靠、測量範圍大、能夠探測被測對象內外部特徵的、能夠滿足各種工程與生產中大尺寸測量的需要，帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量系統。本發明採取的技術方案是，帶有雷射跟蹤的大型三坐標測量裝置，由測量機、雷射跟蹤儀與計算控制系統三部分以及測量線位移的雷射幹涉儀組成；測量機設置有能夠做x向運動水平臂，能夠做z向運動主軸，水平臂另一端安裝有角隅稜鏡；主軸上一端裝有測頭迴轉體；測頭迴轉體上裝有測頭；主軸上另一端裝有靶標、測角裝置，主軸上貼有測溫元件用於進行溫度補償。本發明主要應用於三維坐標測量。
文檔編號G01B11/00GK102506702SQ20111029438
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者劉書桂, 張國雄, 李杏華, 裘祖榮, 郭敬濱 申請人:天津大學