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三次元測針補償及空間誤差測定系統及方法
2019-06-30 13:43:19
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  三次元測針補償及空間誤差測定系統及方法


  一種三次元測針補償及空間誤差測定方法,應用于電子裝置中,其中,所述測針包括測頭及與三次元量測機臺連接的測桿,其特征在于,該方法包括:


  導入步驟,提供一個帶有支撐桿的標準球,導入該標準球的半徑R1、該支撐桿的半徑R2、該標準球頂部任意點的坐標PT及測桿的法向N1;


  表面點計算步驟,按照比例將該標準球分成多層,并根據該標準球的半徑R1、所述頂部任意點的坐標PT及在所述標準球上點取的表面點的個數Num,計算出所述點取的各表面點的坐標及向量,得到坐標集PTS;


  旋轉步驟,將所述測桿的法向N1、標準球的法向N2進行差乘得到旋轉法向N3,將所述標準球繞該旋轉法向N3旋轉一個預設角度得到旋轉矩陣mat;


  表面點更新步驟,將該旋轉矩陣mat與所述各表面點的坐標相乘,計算得到所述各表面點的新坐標,并利用各表面點的新坐標更新所述坐標集PTS;


  實際量測步驟,根據上述坐標集PTS生成量測程序,將該量測程序傳送給三次元機臺以控制所述測針實際量測工件兩次,分別得到實際量測的點集Refs和Meas;及補償與誤差測定步驟,根據實際量測的點集Refs和Meas、標準球的半徑R1及測頭的半徑R3計算該測針的補償值,利用該補償值補償該測針,并根據實際量測的點集Refs和Meas計算該測針的空間誤差。


  2.所述的三次元測針補償及空間誤差測定方法,其特征在于,所述預設角度等于所述測桿的法向N1與標準球的法向N2間的夾角。


  3.如權利要求1所述的三次元測針補償及空間誤差測定方法,其特征在于,所述表面點更新步驟還包括:


  將支撐桿和標準球的交點的坐標與上述每層中各表面點的新坐標進行比較;及


  當某個新坐標的Z值小于所述交點的Z值時,重新計算該新坐標所在層上各表面點的坐標值,并利用該重新計算出的坐標值更新所述坐標集PTS。


  4.1所述的三次元測針補償及空間誤差測定方法,其特征在于,所述補償與誤差測定步驟中計算測針的補償值的步驟包括:


  根據所述實際量測點集Refs擬合第一參考球,得到球心ptRef及該第一參考球的半徑rRef;


  根據所述實際量測點集Meas擬合第二參考球,得到球心ptMeas及該第二參考球的半徑rMeas;


  根據所述測桿的出廠標準長度得到所述標準球的球心坐標ptMorminal,該標準球的球心坐標ptMorminal等于(0,0,–標準長度);


  利用公式計算出所述測頭的半徑補償值,該半徑補償值rOffset=rMeas–R1+stdProbeR,其中,stdProbeR為所述測頭的出廠標準半徑;及利用公式計算出所述測頭的球心補償值,該球心補償值ptOffset=ptMeas+ptNorminal–ptRef。


  5.如權利要求4所述的三次元測針補償及空間誤差測定方法,其特征在于,所述補償與誤差測定步驟中計算測針的空間誤差的步驟包括:


  利用公式計算出所述測針的空間誤差,該測針的空間誤差等于maxR–minR,其中,maxR為所述實際量測點集Meas中的表面點與所述第二參考球的球心間的最大距離,minR為所述實際量測點集Meas中的表面點與所述第二參考球的球心間的最小距離。


  6.一種三次元測針補償及空間誤差測定系統,運行于電子裝置中,所述測針包括測頭及與三次元機臺連接的測桿,其特征在于,該系統包括:


  導入模塊,用于提供一個帶有支撐桿的標準球,導入該標準球的半徑R1、該支撐桿的半徑R2、該標準球頂部任意點的坐標PT及測桿的法向N1;


  表面點計算模塊,用于按照比例將該標準球分成多層,并根據該標準球的半徑R1、所述頂部任意點的坐標PT及在所述標準球上點取的表面點的個數Num,計算出所述點取的各表面點的坐標及向量,得到坐標集PTS;


  旋轉模塊,用于將所述測桿的法向N1、標準球的法向N2進行差乘得到旋轉法向N3,將所述標準球繞該旋轉法向N3旋轉一個預設角度得到旋轉矩陣mat;


  表面點更新模塊,用于將該旋轉矩陣mat與所述各表面點的坐標相乘,計算得到所述各表面點的新坐標,并利用各表面點的新坐標更新所述坐標集PTS;


  實際量測模塊,用于根據上述坐標集PTS生成量測程序,將該量測程序傳送給三次元機臺以控制所述測針實際量測工件兩次,分別得到實際量測的點集Refs和Meas;及


  補償與誤差測定模塊,用于根據實際量測的點集Refs和Meas、標準球的半徑R1及測頭的半徑R3計算該測針的補償值,利用該補償值補償該測針,并根據實際量測的點集Refs和Meas計算該測針的空間誤差。


  7.如權利要求6所述的三次元測針補償及空間誤差測定系統,其特征在于,所述預設角度等于所述測桿的法向N1與標準球的法向N2間的夾角。


  8.如權利要求6所述的三次元測針補償及空間誤差測定系統,其特征在于,所述表面點更新模塊還用于:


  將所述支撐桿和標準球的交點的坐標與上述每層中各表面點的新坐標進行比較;及


  當某個新坐標的Z值小于所述交點的Z值時,重新計算該新坐標所在層上各表面點的坐標值,并利用該重新計算出的坐標值更新所述坐標集PTS。


  9.如權利要求6所述的三次元測針補償及空間誤差測定系統,其特征在于,所述補償與誤差測定模塊通過以下步驟計算測針的補償值:


  根據所述實際量測點集Refs擬合第一參考球,得到球心ptRef及該第一參考球的半徑rRef;


  根據所述實際量測點集Meas擬合第二參考球,得到球心ptMeas及該第二參考球的半徑rMeas;


  根據所述測桿的出廠標準長度得到所述標準球的球心坐標ptMorminal,該標準球的球心坐標ptMorminal等于(0,0,–標準長度);


  利用公式計算出所述測頭的半徑補償值,該半徑補償值rOffset=rMeas–R1+stdProbeR,其中,stdProbeR為所述測頭的出廠標準半徑;及利用公式計算出所述測頭的球心補償值,該球心補償值ptOffset=ptMeas+ptNorminal–ptRef。


  10.如權利要求9所述的三次元測針補償及空間誤差測定系統,其特征在于,所述補償與誤差測定模塊通過以下步驟計算測針的空間誤差:


  利用公式計算出所述測針的空間誤差,該測針的空間誤差等于maxR–minR,其中,maxR為所述實際量測點集Meas中的表面點與所述第二參考球的球心間的最大距離,minR為所述實際量測點集Meas中的表面點與所述第二參考球的球心間的最小距離。


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