專利名稱：光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明為光學(xué)三維測量設(shè)備的精度效驗與檢測提供一種靈活、方便的實現(xiàn)方法及裝置，涉及光學(xué)三維測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三維測量設(shè)備是記錄物體形貌的基礎(chǔ)工具，在工業(yè)制造、科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)、文物數(shù)字化等多個領(lǐng)域具有重要價值。比如在工業(yè)制造領(lǐng)域，三維測量技術(shù)能夠應(yīng)用于產(chǎn)品制造的全生命周期，是制造前期逆向設(shè)計、制造過程質(zhì)量控制和制造后期質(zhì)量檢測所必需的工具；在科學(xué)研究領(lǐng)域，三維測量設(shè)備能夠記錄生物外形的三維數(shù)據(jù)，以幫助研究人員利用仿生學(xué)原理開發(fā)性能更為卓越的產(chǎn)品；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，三維測量設(shè)備能夠測量人體的三維數(shù)據(jù)，供后續(xù)虛擬手術(shù)或傷患修復(fù)使用。光學(xué)三維測量設(shè)備與方法是信息光學(xué)研究的前沿技術(shù)，具有非接觸、無破壞、數(shù)據(jù)獲取速度快、操作簡單等優(yōu)點。目前，此技術(shù)設(shè)備正在逐步成為逆向設(shè)計與質(zhì)量檢測的主要手段。設(shè)備精度的效驗與檢測是設(shè)備能夠出廠和滿足測量檢測要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)光學(xué)三維測量設(shè)備精度的效驗與檢測的標準，需要對光學(xué)三維測量設(shè)備的三個主要參數(shù)進行檢測。1.球面度精度檢測，2.球體空間精度檢測，3.平面度檢測
現(xiàn)有三維測量設(shè)備精度的效驗與檢測都是采用對一組標準檢測球的單個或測量檢測球之間的測量與標定值進行核對來確定三維測量設(shè)備精度，現(xiàn)有技術(shù)的確定是，檢測裝置要求精度高，調(diào)整、標定穩(wěn)定性差，檢測麻煩，檢測時間長，檢測不準確。發(fā)明目的
為克服現(xiàn)有檢測裝置要求精度高，調(diào)整、標定穩(wěn)定性差，檢測麻煩，檢測時間長，檢測不準確的缺點，本發(fā)明公開光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置與方法。本發(fā)明實現(xiàn)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置方法的發(fā)明目的是該檢測方法包括球面度精度檢測、球體空間精度檢測和平面度檢測。A、所述的球面度精度檢測，利用由單個球體構(gòu)成的標準單球規(guī)，標準單球規(guī)球圓度小于三維測量設(shè)備設(shè)定測量精度的1/5，球直徑 。為(0. 1 0. 2)X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4 ,在測量空間內(nèi)的十
個位置空間分別固定設(shè)置標準單球規(guī)，三維測量設(shè)備分別對標準單球規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出球面，通過計算點到球面的徑向偏差與標準單球規(guī)標定值做差，計算得到三維測量設(shè)備球面度測量誤差值；
B、所述的球體空間精度檢測，利用由兩個球心距離固定的球體構(gòu)成的標準雙球規(guī)，標準雙球規(guī)的球心間距、為00.3三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4 ,球直徑4 = (0. 1 0. 2)X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4，在測量空間內(nèi)的四個體對角線上和測量空間內(nèi)的上下和垂直面上按三維坐標的X、Y和Z軸方向設(shè)置七個
4標準雙球規(guī)，三維測量設(shè)備分別對標準雙球規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出球心，測量獲得的兩個球心的距離與標定過的標準雙球規(guī)的值做差，計算得三維測量設(shè)備球空間的測量誤差值；
C、所述的平面度檢測，利用寬度大于為50mm，長度大于0. 5X測量空間長方體的體對角線長度4，平面精度小于三維測量設(shè)備精度設(shè)定值的1/5的標準平面規(guī)，在測量空間內(nèi)上下面的對角線上、在測量空間內(nèi)其中一個體對角線上和測量空間內(nèi)的三個不同高度上， 共計設(shè)置六個標準平面規(guī)，三維測量設(shè)備分別對平面規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出平面，計算測量獲得的點云數(shù)據(jù)擬合平面與標定的標準平面規(guī)的值做差，計算的三維測量設(shè)備平面度測量值誤差。本發(fā)明實現(xiàn)光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置的發(fā)明目的是光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，機架和檢測量規(guī)。機架包括支撐底座和一組高度不同的量規(guī)支架，所述的支撐底座為大于三維測量設(shè)備測量空間水平面的矩形，在支撐底座的對角線和以對角線交點為中心的+字線上， 設(shè)置有一組量規(guī)支架的插接槽，規(guī)支架的下端與插接槽，規(guī)支架的上端與檢測量規(guī)連接。檢測量規(guī)包括標準單球規(guī)、標準雙球規(guī)和標準平面規(guī)，所述的標準單球規(guī)由單檢測球固定在單球規(guī)支撐板構(gòu)成，所述的標準雙球規(guī)由雙檢測球固定在雙球規(guī)支撐板構(gòu)成， 所述的標準平面規(guī)為矩形平面規(guī)。量規(guī)支架的上端，分別與單球規(guī)支撐板、雙球規(guī)支撐板或矩形平面規(guī)構(gòu)成固定連接。單檢測球圓度小于三維測量設(shè)備設(shè)定測量精度的1/5，球直徑義為(0. 1 0. 2) X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度吞。標準雙球規(guī)的雙檢測球之間的球心間距ι為、^ 0. 3三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度^球直徑^ = (0. 1 0. 2)X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度馬。矩形平面規(guī)寬度大于為50mm，長度大于0. 5X測量空間長方體的體對角線長度^ ，平面精度小于三維測量設(shè)備精度設(shè)定值的1/5。量規(guī)支架的上端，分別與單球規(guī)支撐板、雙球規(guī)支撐板或矩形平面規(guī)構(gòu)成磁力固定連接。本發(fā)明的有益效果是，檢測方法簡單，可靠，檢測時間短，檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用、安裝調(diào)整方便。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述。


附圖1為本發(fā)明球面度精度檢測時單檢測球在檢測空間位置示意圖。附圖2為本發(fā)明球體空間精度檢測時雙檢測球在檢測空間位置示意圖。附圖3為本發(fā)明平面度檢測時矩形平面規(guī)在檢測空間位置示意圖。附圖4為本發(fā)明標準單球規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖5為本發(fā)明標準雙球規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖6為本發(fā)明和標準平面規(guī)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖7為本發(fā)明支撐底座示意圖。附圖8為本發(fā)明球面度精度檢測時檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。附圖9為本發(fā)明球體空間精度檢測時檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。附圖10為本發(fā)明平面度精度檢測時檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中，1-1支撐底座，1-2量規(guī)支架，1-3插接槽，2_1單檢測球，2_2單球規(guī)支撐板，3-1雙檢測球，3-2雙球規(guī)支撐板，4矩形平面規(guī)。
具體實施例方式光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測方法，該檢測方法包括球面度精度檢測、球體空間精度檢測和平面度檢測。 參看附圖1，球面度精度檢測，利用由單個球體構(gòu)成的標準單球規(guī)，標準單球規(guī)球圓度小于三維測量設(shè)備設(shè)定測量精度的1/5，球直徑化為(0. 1 0.2) X三維測量設(shè)備
測量空間長方體的體對角線長度4，在測量空間內(nèi)的十個位置空間分別固定設(shè)置標準單球規(guī)，三維測量設(shè)備分別對標準單球規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出球面，通過計算點到球面的徑向偏差與標準單球規(guī)標定值做差，計算得到三維測量設(shè)備球面度測量誤差值。如有一次球面度精度檢測(只能有一次)超過精度設(shè)定值，則可以重新測量一次， 重測值如不大于精度設(shè)定值則該指標合格，否則為不合格。參看附圖2，球體空間精度檢測，利用由兩個球心距離固定的球體構(gòu)成的標準雙球規(guī)，標準雙球規(guī)的球心間距、為& ^ 0. 3三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度^ ，球直徑巧=(0. 1 0. 2) X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4，在測量空間內(nèi)的四個體對角線上和測量空間內(nèi)的上下和垂直面上按三維坐標的X、Y和Z軸方向設(shè)置七個標準雙球規(guī)，三維測量設(shè)備分別對標準雙球規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出球心，測量獲得的兩個球心的距離與標定過的標準雙球規(guī)的值做差，計算得三維測量設(shè)備球空間的測量誤差值。如有一次球體空間精度檢測(只能有一次)超過精度設(shè)定值，則可以重新測量一次，重測值如不大于精度設(shè)定值則該指標合格，否則為不合格。參看附圖3,平面度檢測，利用寬度大于為50mm，長度大于0.5X測量空間長方體的體對角線長度ι干面精度小于三維測量設(shè)備精度設(shè)定值的1/5的標準平面規(guī)，在測量空間內(nèi)上下面的對角線上、在測量空間內(nèi)其中一個體對角線上和測量空間內(nèi)的三個不同高度上，共計設(shè)置六個標準平面規(guī)，三維測量設(shè)備分別對平面規(guī)進行測量，每次獲得大于3000 點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出平面，計算測量獲得的點云數(shù)據(jù)擬合平面與標定的標準平面規(guī)的值做差，計算的三維測量設(shè)備平面度測量值誤差。如有一次平面度檢測(只能有一次)超過精度設(shè)定值，則可以重新測量一次，重測值如不大于精度設(shè)定值則該指標合格，否則為不合格。參看附圖4-7，光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，包括機架和檢測量規(guī)，其特征在于所述的機架包括支撐底座1-1和一組高度不同的量規(guī)支架1-2，所述的支撐底座 1-1為大于三維測量設(shè)備測量空間水平面的矩形，在支撐底座的對角線和以對角線交點為中心的+字線上，設(shè)置有一組量規(guī)支架1-2的插接槽1-3，規(guī)支架1-2的下端與插接槽1-3， 規(guī)支架1-2的上端與檢測量規(guī)連接。量規(guī)支架1-2的上端，分別與單球規(guī)支撐板2-2、雙球規(guī)支撐板3-2或矩形平面規(guī)4構(gòu)成固定連接。使用時，根據(jù)檢測時對量規(guī)安裝位置的要求，將一組高度不同的量規(guī)支架1-2分別插入支撐底座1-1上的插接槽1-3內(nèi)，量規(guī)支架1-2的上端與檢測量規(guī)連接，構(gòu)成量規(guī)在檢測空間的位置固定。檢測量規(guī)包括標準單球規(guī)、標準雙球規(guī)和標準平面規(guī)，所述的標準單球規(guī)由單檢測球2-1固定在單球規(guī)支撐板2-2構(gòu)成，所述的標準雙球規(guī)由雙檢測球3-1固定在雙球規(guī)支撐板3-2構(gòu)成，所述的標準平面規(guī)為矩形平面規(guī)4。球面度精度檢測時使用標準單球規(guī)，標準單球規(guī)經(jīng)量規(guī)支架1-2固定在支撐底座 1-1 上。球體空間精度檢測時使用標準雙球規(guī)，標準雙球規(guī)經(jīng)量規(guī)支架1-2固定在支撐底座1-1上。平面度檢測時使用標準平面規(guī)，標準平面規(guī)經(jīng)量規(guī)支架1-2固定在支撐底座1-1 上。本發(fā)明實施例為滿足測量精度要求，單檢測球2-1圓度小于三維測量設(shè)備設(shè)定測量精度的1/5，球直徑。為(0. 1 0. 2) X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度
^tl O本發(fā)明實施例為滿足測量精度要求，標準雙球規(guī)的雙檢測球3-1之間的球心間距 、為、彡0.3三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4球直徑4=(0. 1 0.2)X 三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度馬。本發(fā)明實施例為滿足測量精度要求，矩形平面規(guī)(4)寬度大于為50mm，長度大于 0. 5X測量空間長方體的體對角線長度 ，平面精度小于三維測量設(shè)備精度設(shè)定值的1/5。本發(fā)明實施例為便于量規(guī)支架1-2的上端與檢測量規(guī)連接及檢測量規(guī)的安裝角度，量規(guī)支架1-2的上端，分別與單球規(guī)支撐板2-2、雙球規(guī)支撐板3-2或矩形平面規(guī)4構(gòu)成磁力固定連接。即量規(guī)支架1-2的上端和單球規(guī)支撐板2-2、雙球規(guī)支撐板3-2或矩形平面規(guī)4分別永磁體，相互吸合成一體。量規(guī)支架1-2的上端，分別與單球規(guī)支撐板2-2、雙球規(guī)支撐板3-2或矩形平面規(guī) 4構(gòu)成槽孔配合的連接結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測方法，該檢測方法包括球面度精度檢測、球體空間精度檢測和平面度檢測，其特征在于A、所述的球面度精度檢測，利用由單個球體構(gòu)成的標準單球規(guī)， 標準單球規(guī)球圓度小于三維測量設(shè)備設(shè)定測量精度的1/5，球直徑乂為(0. 1 0. 2)X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4，在測量空間內(nèi)的十個位置空間分別固定設(shè)置標準單球規(guī)，三維測量設(shè)備分別對標準單球規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出球面，通過計算點到球面的徑向偏差與標準單球規(guī)標定值做差，計算得到三維測量設(shè)備球面度測量誤差值；B、所述的球體空間精度檢測，利用由兩個球心距離固定的球體構(gòu)成的標準雙球規(guī)，標準雙球規(guī)的球心間距&為& ^ 0. 3三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4 ,球直徑義=(0. 1 0. 2)X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度I4在測量空間內(nèi)的四個體對角線上和測量空間內(nèi)的上下和垂直面上按三維坐標的X、Y和Z軸方向設(shè)置七個標準雙球規(guī)，三維測量設(shè)備分別對標準雙球規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出球心，測量獲得的兩個球心的距離與標定過的標準雙球規(guī)的值做差，計算得三維測量設(shè)備球空間的測量誤差值；C、所述的平面度檢測，利用寬度大于為50mm，長度大于0.5X測量空間長方體的體對角線長度4，平面精度小于三維測量設(shè)備精度設(shè)定值的1/5的標準平面規(guī)，在測量空間內(nèi)上下面的對角線上、在測量空間內(nèi)其中一個體對角線上和測量空間內(nèi)的三個不同高度上， 共計設(shè)置六個標準平面規(guī)，三維測量設(shè)備分別對平面規(guī)進行測量，每次獲得大于3000點的稠密點云數(shù)據(jù)，利用最小二乘方法擬合出平面，計算測量獲得的點云數(shù)據(jù)擬合平面與標定的標準平面規(guī)的值做差，計算的三維測量設(shè)備平面度測量值誤差。
2.一種光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，包括機架和檢測量規(guī)，其特征在于A、所述的機架包括支撐底座(1-1)和一組高度不同的量規(guī)支架(1-2)，所述的支撐底座(1-1)為大于三維測量設(shè)備測量空間水平面的矩形，在支撐底座的對角線和以對角線交點為中心的+字線上，設(shè)置有一組量規(guī)支架(1-2)的插接槽(1-3)，規(guī)支架(1-2)的下端與插接槽(1-3)，規(guī)支架(1-2)的上端與檢測量規(guī)連接；B、所述的檢測量規(guī)包括標準單球規(guī)、標準雙球規(guī)和標準平面規(guī)，所述的標準單球規(guī)由單檢測球(2-1)固定在單球規(guī)支撐板(2-2)構(gòu)成，所述的標準雙球規(guī)由雙檢測球(3-1)固定在雙球規(guī)支撐板(3-2)構(gòu)成，所述的標準平面規(guī)為矩形平面規(guī)(4)；C、所述的量規(guī)支架(1-2)的上端，分別與單球規(guī)支撐板(2-2)、雙球規(guī)支撐板(3-2)或矩形平面規(guī)(4)構(gòu)成固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，其特征在于 所述的單檢測球(2-1)圓度小于三維測量設(shè)備設(shè)定測量精度的1/5，球直徑義為(0. 1 0. 2) X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，其特征在于所述的標準雙球規(guī)的雙檢測球(3-1)之間的球心間距&為、^ 0. 3三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對角線長度4 ,球直徑4 = (0. 1 0. 2)X三維測量設(shè)備測量空間長方體的體對度耳。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，其特征在于所述的矩形平面規(guī)(4)寬度大于為50mm，長度大于0. 5X測量空間長方體的體對角線長度^ ，平面精度小于三維測量設(shè)備精度設(shè)定值的1/5。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測裝置，其特征在于所述的量規(guī)支架(1-2)的上端，分別與單球規(guī)支撐板(2-2)、雙球規(guī)支撐板(3-2)或矩形平面規(guī)(4)構(gòu)成磁力固定連接。
全文摘要
光學(xué)三維測量設(shè)備精度綜合檢測方法及檢測裝置，解決三維測量設(shè)備的球面度、球體空間和平面度檢測精度的檢測問題，采用的方案是，球面度精度檢測，利用由單個球體構(gòu)成的標準單球規(guī)，球體空間精度檢測，利用由兩個球心距離固定的球體構(gòu)成的標準雙球規(guī)，平面度檢測，利用標準平面規(guī)，檢測結(jié)構(gòu)與標定值做差實現(xiàn)設(shè)備的精度綜合檢測。檢測裝置包括支撐底座和一組高度不同的量規(guī)支架，支撐底座與量規(guī)支架固定，量規(guī)支架在測量空間內(nèi)支撐量規(guī)。其優(yōu)點是，檢測方法簡單，可靠，檢測時間短，檢測裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用、安裝調(diào)整方便。
文檔編號G01B11/24GK102425996SQ201110258440
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者付茂栗, 何萬濤, 孟祥林, 趙燦, 車向前, 郭延艷 申請人:黑龍江科技學(xué)院