本實(shí)用新型屬于非接觸式物體形狀測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量方向可變的激光測(cè)頭裝置。

背景技術(shù)：

激光測(cè)頭的測(cè)量原理基于激光三角法，即利用入射激光點(diǎn)、漫反射光接收透鏡的光心與光敏元件上對(duì)應(yīng)像點(diǎn)三者之間構(gòu)成的三角關(guān)系確定被測(cè)點(diǎn)的空間位置。激光測(cè)頭具有非接觸式測(cè)量，響應(yīng)速度快，測(cè)量精度較高，所獲測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量好，設(shè)備成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，在零件形狀檢測(cè)、曲面數(shù)字化測(cè)量、逆向工程CAD建模等方面有著廣泛的應(yīng)用。

為了擴(kuò)大可測(cè)范圍，增加測(cè)頭的自由度，激光測(cè)頭一般與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)合使用。為了完整、合理地獲取被測(cè)物體的表面形狀數(shù)據(jù)，進(jìn)一步拓展可測(cè)方位，測(cè)量過(guò)程中可能需要改變測(cè)頭的測(cè)量方向，目前改變激光測(cè)頭測(cè)量方向的方法主要有以下三種：

(1)利用方位可調(diào)式測(cè)頭座。將激光測(cè)頭安裝在空間位姿可以調(diào)整的測(cè)頭外殼上，在測(cè)量過(guò)程中根據(jù)測(cè)量需求，手工調(diào)整測(cè)頭外殼的方向，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)頭測(cè)量方向的改變。

(2)利用離散分度式測(cè)頭座。用特制的連接器將激光測(cè)頭安裝在如Renishaw TP20、Renishaw PH10等手動(dòng)或自動(dòng)的離散分度式測(cè)頭外殼上，測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)測(cè)量需求手動(dòng)或通過(guò)測(cè)量程序指令自動(dòng)改變測(cè)頭的測(cè)量方向。

(3)利用無(wú)極分度式測(cè)頭座。用特制的連接器將激光測(cè)頭安裝在如Renishaw REVO等無(wú)極分度式自動(dòng)測(cè)頭外殼上，測(cè)量過(guò)程中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)根據(jù)測(cè)量需求通過(guò)程序指令驅(qū)動(dòng)測(cè)頭外殼，自動(dòng)改變測(cè)頭的測(cè)量方向。

上述方法中，方法(1)裝置簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)，但每次調(diào)整測(cè)量方向都需要手動(dòng)調(diào)整整個(gè)測(cè)頭外殼的方位，并且每次調(diào)整后都需要重新標(biāo)定測(cè)量光束的方向，過(guò)程比較繁瑣、耗時(shí)。方法(2)利用離散分度式測(cè)頭外殼，該種測(cè)頭外殼一般具有良好的重復(fù)定位精度，各個(gè)備選的測(cè)量方向只需標(biāo)定一次就可以重復(fù)使用。方法(3)利用無(wú)極分度式測(cè)頭外殼，可以自動(dòng)將測(cè)量方向調(diào)整到可調(diào)范圍內(nèi)的任意一個(gè)位置上，利用測(cè)頭外殼內(nèi)的編碼器獲取測(cè)頭的空間位姿，測(cè)量方向調(diào)整速度快、定位精度高、可靠性好。但方法(2)、(3)中使用的測(cè)頭外殼成本較高；此外，商用的離散分度式與無(wú)極分度式測(cè)頭外殼都是專用件，一般針對(duì)特定的接觸式測(cè)頭，使用激光測(cè)頭時(shí)，需要設(shè)計(jì)、制作專用的連接裝置，且由于激光測(cè)頭在形狀、體積與重量等方面與接觸式測(cè)頭存在較大區(qū)別，測(cè)量效果易受到影響。

此外，上述三種方法都是通過(guò)改變激光測(cè)頭的空間姿態(tài)來(lái)改變測(cè)量方向，這要求測(cè)量區(qū)域中存在足夠的操作空間，如果可操作空間較小，上述三種方法可能都無(wú)法應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種測(cè)量方向可變的激光測(cè)頭裝置。

本實(shí)用新型包括連接座、激光測(cè)頭、螺釘、測(cè)頭外殼、圓柱磁鐵、X向鏡架、第一平面鏡、第一圓柱鐵塊、Y向鏡架、第二平面鏡和第二圓柱鐵塊。

所述的連接座上端端面與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)豎直軸下端固定，下端端面與測(cè)頭外殼上端端面通過(guò)螺釘固定。激光測(cè)頭通過(guò)螺釘固定在測(cè)頭外殼內(nèi)部。

所述的測(cè)頭外殼相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上均開設(shè)有接頭槽，所述的接頭槽由環(huán)形槽、磁鐵槽和三個(gè)定位槽組成。所述的磁鐵槽為圓槽，且與環(huán)形槽同心。所述的三個(gè)定位槽沿環(huán)形槽周向均布在環(huán)形槽內(nèi)。定位槽由定位球槽和定位柱槽組成，定位柱槽的外端與環(huán)形槽連通。定位球槽設(shè)置在定位柱槽的內(nèi)端，且與定位柱槽連通。定位柱槽的橫截面為半圓形，且該半圓形的半徑與定位球槽球面的半徑相等。磁鐵槽內(nèi)固定有圓柱磁鐵。

所述的X向鏡架由一體成型的第一安裝頭、第一豎板、第一L形板和第一裝鏡板組成。所述的第一豎板的上端與第一安裝頭連接，下端與第一L形板的上端端面連接。所述第一L形板的下端與第一裝鏡板連接，且第一裝鏡板向下傾斜。第一裝鏡板與第一L形板內(nèi)側(cè)面相連的側(cè)面上固定有第一平面鏡。所述第一平面鏡的鏡面與第一豎板內(nèi)側(cè)面的夾角為45°，與第一L形板上端端面的夾角為45°。所述的第一安裝頭由一體成型的第一定位圓筒、第一定位圓柱和三個(gè)第一定位凸起組成。第一定位圓筒的內(nèi)徑與測(cè)頭外殼上環(huán)形槽的內(nèi)徑相等，外徑與測(cè)頭外殼上環(huán)形槽的外徑相等。第一定位圓柱的直徑與第一定位圓筒的內(nèi)徑相等，第一定位圓柱固定在第一定位圓筒內(nèi)壁外端。第一定位圓柱的中心孔內(nèi)固定有第一圓柱鐵塊。第一定位凸起呈半球體狀，球徑與測(cè)頭外殼上定位球槽球面的半徑相等。三個(gè)第一定位凸起均設(shè)置在第一定位圓柱的內(nèi)端端面上，且位置與測(cè)頭外殼上的三個(gè)定位球槽分別對(duì)應(yīng)。

所述的Y向鏡架由一體成型的第二安裝頭、第二豎板、第二L形板和第二裝鏡板組成。所述第二豎板的上端與第二安裝頭連接，下端與第二L形板的上端端面連接。第二L形板的下端與第二裝鏡板連接。第二裝鏡板與第二L形板內(nèi)側(cè)面相連的側(cè)面上固定有第二平面鏡。所述第二平面鏡的鏡面與第二豎板內(nèi)側(cè)面垂直，與第二L形板上端端面的夾角為45°。所述的第二安裝頭由一體成型的第二定位圓筒、第二定位圓柱和三個(gè)第二定位凸起組成。第二定位圓筒的內(nèi)徑與測(cè)頭外殼上環(huán)形槽的內(nèi)徑相等，外徑與測(cè)頭外殼上的環(huán)形槽的外徑相等。第二定位圓柱的直徑與第二定位圓筒的內(nèi)徑相等，第二定位圓柱固定在第二定位圓筒內(nèi)壁外端。第二定位圓柱的中心孔內(nèi)固定有第二圓柱鐵塊。第二定位凸起呈半球體狀，球徑與測(cè)頭外殼上定位球槽球面的半徑相等。三個(gè)第二定位凸起設(shè)置在第二定位圓柱的內(nèi)端端面上，且位置與測(cè)頭外殼上的三個(gè)定位球槽分別對(duì)應(yīng)。

所述的激光測(cè)頭采用點(diǎn)式激光位移傳感器。以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的X軸為激光測(cè)頭的X軸，以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的Y軸為激光測(cè)頭的Y軸，以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的Z軸為激光測(cè)頭的Z軸。以激光測(cè)頭上激光發(fā)射點(diǎn)為起點(diǎn)、接收透鏡光心為終點(diǎn)的向量與Y軸正方向的單位向量成銳角。

所述測(cè)頭外殼開設(shè)有接頭槽的兩個(gè)側(cè)面與激光測(cè)頭的X軸垂直，與激光測(cè)頭激光發(fā)射點(diǎn)、接收透鏡光心的連線平行。

所述的X向鏡架與測(cè)頭外殼裝配狀態(tài)下，測(cè)頭外殼的裝配側(cè)面與第一豎板內(nèi)側(cè)面貼合，下端端面與第一L形板上端端面貼合。第一平面鏡處于激光測(cè)頭的激光光路上。

所述的Y向鏡架與測(cè)頭外殼裝配狀態(tài)下，測(cè)頭外殼的裝配側(cè)面與第二豎板內(nèi)側(cè)面貼合，下端端面與第二L形板上端端面貼合。激光測(cè)頭的激光發(fā)射點(diǎn)與第二平面鏡的距離大于激光測(cè)頭的接收透鏡光心與第二平面鏡的距離。

本實(shí)用新型具有的有益效果是：

1、本實(shí)用新型利用平面鏡反射激光測(cè)頭的測(cè)量光束與接收光束，使得激光測(cè)頭能夠?qū)Υ郎y(cè)物體位于X軸正方向表面、位于X軸負(fù)方向表面、位于Y軸正方向表面或位于Z軸正方向表面進(jìn)行測(cè)量。

2、本實(shí)用新型在改變測(cè)量方向的過(guò)程中無(wú)需調(diào)整激光測(cè)頭的空間位姿，所需的操作空間小。

3、本實(shí)用新型利用磁性吸附的原理實(shí)現(xiàn)快速裝配，操作十分便捷。

4、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中測(cè)頭外殼的結(jié)構(gòu)立體圖；

圖3是本實(shí)用新型中X向鏡架的結(jié)構(gòu)立體圖；

圖4是本實(shí)用新型中Y向鏡架的結(jié)構(gòu)立體圖；

圖5是本實(shí)用新型在X軸負(fù)方向一側(cè)裝配X向鏡架的示意圖；

圖6是本實(shí)用新型在X軸負(fù)方向一側(cè)裝配X向鏡架的工作原理圖；

圖7是本實(shí)用新型在X軸正方向一側(cè)裝配X向鏡架的示意圖；

圖8是本實(shí)用新型在X軸正方向一側(cè)裝配X向鏡架的工作原理圖；

圖9是本實(shí)用新型裝配Y向鏡架的示意圖；

圖10是本實(shí)用新型裝配Y向鏡架的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、2、3、4、5、7和9所示，測(cè)量方向可變的激光測(cè)頭裝置，包括連接座2、激光測(cè)頭3、螺釘4、測(cè)頭外殼5、圓柱磁鐵6、X向鏡架7、第一平面鏡8、第一圓柱鐵塊9、Y向鏡架10、第二平面鏡11和第二圓柱鐵塊12。

如圖1和2所示，連接座2上端端面與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)豎直軸1下端固定，下端端面與測(cè)頭外殼5上端端面通過(guò)螺釘4固定。激光測(cè)頭3通過(guò)螺釘4固定在測(cè)頭外殼5內(nèi)部。激光測(cè)頭3采用點(diǎn)式激光位移傳感器。以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的X軸為激光測(cè)頭3的X軸，以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的Y軸為激光測(cè)頭3的Y軸，以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的Z軸為激光測(cè)頭3的Z軸。以激光測(cè)頭3上激光發(fā)射點(diǎn)為起點(diǎn)、接收透鏡光心為終點(diǎn)的向量與Y軸正方向的單位向量成銳角。

如圖1和2所示，測(cè)頭外殼5相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上均開設(shè)有接頭槽，該兩個(gè)側(cè)面與X軸垂直，與激光測(cè)頭3激光發(fā)射點(diǎn)、接收透鏡光心的連線平行。接頭槽由環(huán)形槽、磁鐵槽和三個(gè)定位槽組成。磁鐵槽為圓槽，且與環(huán)形槽同心。三個(gè)定位槽沿環(huán)形槽周向均布在環(huán)形槽內(nèi)。定位槽由定位球槽和定位柱槽組成，定位柱槽的外端與環(huán)形槽連通。定位球槽設(shè)置在定位柱槽的內(nèi)端，且與定位柱槽連通。定位柱槽的橫截面為半圓形，且該半圓形的半徑與定位球槽球面的半徑相等。磁鐵槽內(nèi)固定有圓柱磁鐵6。

如圖3、5和7所示，X向鏡架7由一體成型的第一安裝頭7-1、第一豎板7-2、第一L形板7-3和第一裝鏡板7-4組成。第一豎板7-2的上端與第一安裝頭7-1連接，下端與第一L形板7-3的上端端面連接。第一L形板7-3的下端與第一裝鏡板7-4連接，且第一裝鏡板7-4向下傾斜。第一裝鏡板7-4與第一L形板7-3內(nèi)側(cè)面相連的側(cè)面上固定有第一平面鏡8。第一平面鏡8的鏡面與第一豎板7-2內(nèi)側(cè)面的夾角為45°，與第一L形板7-3上端端面的夾角為45°。第一安裝頭7-1由一體成型的第一定位圓筒、第一定位圓柱和三個(gè)第一定位凸起組成。第一定位圓筒的內(nèi)徑與測(cè)頭外殼5上環(huán)形槽的內(nèi)徑相等，外徑與測(cè)頭外殼5上環(huán)形槽的外徑相等。第一定位圓柱的直徑與第一定位圓筒的內(nèi)徑相等，第一定位圓柱固定在第一定位圓筒內(nèi)壁外端。第一定位圓柱的中心孔內(nèi)固定有第一圓柱鐵塊9。第一定位凸起呈半球體狀，球徑與測(cè)頭外殼5上定位球槽球面的半徑相等。三個(gè)第一定位凸起均設(shè)置在第一定位圓柱內(nèi)端端面上，且位置與測(cè)頭外殼5上的三個(gè)定位球槽分別對(duì)應(yīng)。

X向鏡架7與測(cè)頭外殼5裝配狀態(tài)下，測(cè)頭外殼5的裝配側(cè)面與第一豎板7-2內(nèi)側(cè)面貼合，下端端面與第一L形板7-3上端端面貼合。第一平面鏡8處于激光測(cè)頭3的激光光路上。

如圖4和9所示，Y向鏡架10由一體成型的第二安裝頭10-1、第二豎板10-2、第二L形板10-3和第二裝鏡板10-4組成。第二豎板10-2的上端與第二安裝頭10-1連接，下端與第二L形板10-3的上端端面連接。第二L形板10-3的下端與第二裝鏡板10-4連接。第二裝鏡板10-4與第二L形板10-3內(nèi)側(cè)面相連的側(cè)面上固定有第二平面鏡11。第二平面鏡11的鏡面與第二豎板10-2內(nèi)側(cè)面垂直，與第二L形板10-3上端端面的夾角為45°。第二安裝頭10-1由一體成型的第二定位圓筒、第二定位圓柱和三個(gè)第二定位凸起組成。第二定位圓筒的內(nèi)徑與測(cè)頭外殼5上的環(huán)形槽的內(nèi)徑相等，外徑與測(cè)頭外殼5上的環(huán)形槽的外徑相等。第二定位圓柱的直徑與第二定位圓筒的內(nèi)徑相等，第二定位圓柱固定在第二定位圓筒內(nèi)壁外端。第二定位圓柱的中心孔內(nèi)固定有第二圓柱鐵塊12。第二定位凸起呈半球體狀，球徑與測(cè)頭外殼5上定位球槽球面的半徑相等。三個(gè)第二定位凸起設(shè)置在第二定位圓柱內(nèi)端端面上，且位置與測(cè)頭外殼5上的三個(gè)定位球槽分別對(duì)應(yīng)。

Y向鏡架10與測(cè)頭外殼5裝配狀態(tài)下，測(cè)頭外殼5的裝配側(cè)面與第二豎板10-2內(nèi)側(cè)面貼合，下端端面與第二L形板10-3上端端面貼合。第二平面鏡11處于激光測(cè)頭3的激光光路上，且激光測(cè)頭3的激光發(fā)射點(diǎn)與第二平面鏡11的距離大于激光測(cè)頭3的接收透鏡光心與第二平面鏡11的距離。

測(cè)頭外殼5、連接座2、X向鏡架7及Y向鏡架10的材料均為鋁合金。

第一平面鏡8及第二平面鏡11的鏡面均為以鉬作為基材拋光形成的鏡面。

X向鏡架7裝配至測(cè)頭外殼5的X軸負(fù)方向一側(cè)側(cè)面上的測(cè)量原理如圖5所示。測(cè)量光束13從激光發(fā)射點(diǎn)射出，經(jīng)第一平面鏡8反射后向X軸正方向偏折90°。入射到被測(cè)表面15后，在被測(cè)表面15的入射點(diǎn)產(chǎn)生的有效漫反射光14經(jīng)過(guò)第一平面鏡8反射后入射到激光測(cè)頭3的接收透鏡。此時(shí)激光測(cè)頭3完成朝向X軸負(fù)方向的被測(cè)表面15測(cè)量。此時(shí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的輸出坐標(biāo)值為(x_a,y_a,z_a)。

如圖6所示，令測(cè)量光束13的發(fā)射點(diǎn)為點(diǎn)B₁，被測(cè)表面15上的被測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)M₁，第一平面鏡8上的測(cè)量光束入射點(diǎn)為點(diǎn)K₁，點(diǎn)M₁關(guān)于第一平面鏡8鏡面對(duì)稱的點(diǎn)為點(diǎn)M₁′。得出點(diǎn)K₁與點(diǎn)M₁的距離等于點(diǎn)K₁與點(diǎn)M₁′的距離。

測(cè)量光束13長(zhǎng)度為點(diǎn)B₁與點(diǎn)K₁的距離加點(diǎn)K₁與點(diǎn)M₁的距離，令點(diǎn)B₁與點(diǎn)M₁′的距離為l_i，即測(cè)量光束13長(zhǎng)度。令點(diǎn)B₁與點(diǎn)K₁之間的距離為l_R0，故點(diǎn)K₁與點(diǎn)M₁的距離為l_i-l_R0。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)輸出的坐標(biāo)(x_a,y_a,z_a)表示點(diǎn)M₁′的坐標(biāo)值，則點(diǎn)M₁的坐標(biāo)值為(x_a+l_i-l_R0,y_a,z_a+l_i-l_R0)。

X向鏡架7裝配至測(cè)頭外殼5的X軸正方向一側(cè)側(cè)面上的測(cè)量原理如圖7。測(cè)量光束13從激光發(fā)射點(diǎn)射出，經(jīng)第一平面鏡8反射后向X軸負(fù)方向偏折90°。入射到被測(cè)表面15后，在被測(cè)表面15的入射點(diǎn)產(chǎn)生的有效漫反射光14經(jīng)過(guò)第一平面鏡8反射后入射到激光測(cè)頭3的接收透鏡。此時(shí)激光測(cè)頭3完成朝向X軸正方向的被測(cè)表面15測(cè)量。此時(shí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的輸出坐標(biāo)值為(x_b,y_b z_b)。

如圖8所示，令測(cè)量光束13的發(fā)射點(diǎn)為點(diǎn)B₂，被測(cè)表面15上的被測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)M₂，第一平面鏡8上的測(cè)量光束入射點(diǎn)為點(diǎn)K₂，點(diǎn)M₂關(guān)于第一平面鏡8鏡面對(duì)稱的點(diǎn)為點(diǎn)M₂′。得出點(diǎn)K₂與點(diǎn)M₂的距離等于點(diǎn)K₂與點(diǎn)M₂′的距離。

測(cè)量光束13的長(zhǎng)度為點(diǎn)B₂與點(diǎn)K₂的距離加點(diǎn)K₂與點(diǎn)M₂的距離，令點(diǎn)B₂與點(diǎn)M₂′的距離為l_j，即測(cè)量光束13的長(zhǎng)度。令點(diǎn)B₂與點(diǎn)K₂之間的距離為l_L0，故點(diǎn)K₂與點(diǎn)M₂的距離為l_j-l_L0。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)輸出的坐標(biāo)(x_b,y_b,z_b)表示點(diǎn)M₂′的坐標(biāo)值，則點(diǎn)M₂的坐標(biāo)值為(x_b-l_j+l_L0,y_b,z_b+l_j-l_L0)。

Y向鏡架10裝配至測(cè)頭外殼5上的測(cè)量原理如圖9。測(cè)量光束13從激光發(fā)射點(diǎn)射出，經(jīng)第二平面鏡11反射后向Y軸負(fù)方向偏折90°。入射到被測(cè)表面15后，在被測(cè)表面15的入射點(diǎn)產(chǎn)生的有效漫反射光14經(jīng)過(guò)第二平面鏡11反射后入射到激光測(cè)頭3的接收透鏡。此時(shí)激光測(cè)頭3完成朝向Y軸正方向的被測(cè)表面15測(cè)量。此時(shí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的輸出坐標(biāo)值為(x_c,y_c,z_c)。

如圖10所示，令測(cè)量光束13的發(fā)射點(diǎn)為點(diǎn)B₃，被測(cè)表面15上的被測(cè)點(diǎn)為點(diǎn)M₃，第二平面鏡11上的測(cè)量光束入射點(diǎn)為點(diǎn)K₃，點(diǎn)M₃關(guān)于第二平面鏡11鏡面對(duì)稱的點(diǎn)為點(diǎn)M₃′。得出點(diǎn)K₃與點(diǎn)M₃的距離等于點(diǎn)K₃與點(diǎn)M₃′的距離。

測(cè)量光束13的長(zhǎng)度為點(diǎn)B₃與點(diǎn)K₃的距離加點(diǎn)K₃與點(diǎn)M₃的距離，令點(diǎn)B₃與點(diǎn)M₃′的距離為l_k，即測(cè)量光束13的長(zhǎng)度。令點(diǎn)B₃與點(diǎn)K₃之間的距離為l_F0，故點(diǎn)K₃與點(diǎn)M₃的距離為l_k-l_F0。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)輸出的坐標(biāo)(x_c,y_c,z_c)表示點(diǎn)M₃′的坐標(biāo)值，則點(diǎn)M₃的坐標(biāo)值為(x_c,y_c-l_k+l_F0,z_c+l_k-l_F0)。

該測(cè)量方向可變的激光測(cè)頭裝置的使用方法如下：

首先，進(jìn)行初始參數(shù)校核。之后對(duì)待測(cè)物體朝向X軸正方向表面、朝向X軸負(fù)方向表面、朝向Y軸正方向表面或朝向Z軸正方向表面中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行測(cè)量。多次測(cè)量操作中，初始參數(shù)校核只需進(jìn)行一次。

初始參數(shù)校核的方法具體如下：

步驟一、將一個(gè)已知直徑為D₀的標(biāo)準(zhǔn)球放置在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作臺(tái)上。以標(biāo)準(zhǔn)球的球心為原點(diǎn)，建立測(cè)量坐標(biāo)系。測(cè)量坐標(biāo)系的X、Y、Z軸方向與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的X、Y、Z軸方向相同。

步驟二、將X向鏡架7裝配至測(cè)頭外殼5的X軸負(fù)方向一側(cè)側(cè)面上。驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光經(jīng)第一平面鏡8反射后到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球表面。激光測(cè)頭3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球球面上十五個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得測(cè)量坐標(biāo)值為(x_Ci,y_Ci,z_Ci)，i＝1,2,…,15。然后將十五個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)值換算為實(shí)際坐標(biāo)值

(x_Ci+l_i-l_R0,y_Ci,z_Ci+l_i-l_R0)

式中l(wèi)_i為坐標(biāo)(x_Ci,y_Ci,z_Ci)對(duì)應(yīng)測(cè)量光束的長(zhǎng)度，l_R0為激光測(cè)頭3的激光發(fā)射點(diǎn)與第一平面鏡8鏡面上的測(cè)量光束入射點(diǎn)之間的距離。

利用最小二乘法將十五個(gè)坐標(biāo)值(x_Ci+l_i-l_R0,y_Ci,z_Ci+l_i-l_R0)，i＝1,2,…,15，擬合成球面，得到l_R0與擬合球面直徑D_R的關(guān)系式，由D_R＝D₀建立方程式，求出l_R0的值，并記錄下來(lái)。

步驟三、將X向鏡架7拆下，并裝配至測(cè)頭外殼5的X軸正方向一側(cè)側(cè)面上。驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光經(jīng)第一平面鏡8反射后到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球表面。激光測(cè)頭3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球球面上十五個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得測(cè)量坐標(biāo)值為(x_Cj,y_Cj,z_Cj)，j＝1,2,…,15。則將十五個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)值分別換算為實(shí)際坐標(biāo)值

(x_Cj-l_j+l_L0,y_Cj,z_Cj+l_j-l_L0)

式中l(wèi)_i為坐標(biāo)(x_Cj,y_Cj,z_Cj)對(duì)應(yīng)測(cè)量光束的長(zhǎng)度，l_L0為激光測(cè)頭3的激光發(fā)射點(diǎn)與第一平面鏡8鏡面上的測(cè)量光束入射點(diǎn)之間的距離。

利用最小二乘法將十五個(gè)坐標(biāo)值(x_Cj-l_j+l_L0,y_Cj,z_Cj+l_j-l_L0)，j＝1,2,…,15，擬合成球面，得到l_L0與擬合球面直徑D_L的關(guān)系式，由D_L＝D₀建立方程式，求出l_L0的值，并記錄下來(lái)。

步驟四、將X向鏡架7拆下。將Y向鏡架10裝配至測(cè)頭外殼5上。驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光經(jīng)第二平面鏡11反射后到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)球表面。激光測(cè)頭3測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球球面上十五個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得測(cè)量坐標(biāo)值為(x_Ck,y_Ck,z_Ck)，k＝1,2,…,15。然后將十五個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)值分別換算為實(shí)際坐標(biāo)值

(x_Ck,y_Ck-l_k+l_F0,z_Ck+l_k-l_F0)

式中l(wèi)_k為坐標(biāo)(x_Ck,y_Ck,z_Ck)對(duì)應(yīng)測(cè)量光束的長(zhǎng)度，l_F0為激光測(cè)頭3的激光發(fā)射點(diǎn)與第二平面鏡11鏡面上的測(cè)量光束入射點(diǎn)之間的距離。

利用最小二乘法將十五個(gè)坐標(biāo)值(x_Ck,y_Ck-l_k+l_F0,z_Ck+l_k-l_F0)，k＝1,2,…,15，擬合成球面，得到l_F0與擬合球面直徑D_F的關(guān)系式，由D_F＝D₀建立方程式，求出l_F0的值，并記錄下來(lái)。

測(cè)量待測(cè)物體上位于Z軸正方向表面的方法具體如下：

X向鏡架7和Y向鏡架10均不裝配，驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光到達(dá)待測(cè)表面。激光測(cè)頭3測(cè)量待測(cè)表面上q個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得分別為(x_h,y_h,z_h)，h＝1,2,3,4,…,q，的q個(gè)坐標(biāo)值并保存。

測(cè)量待測(cè)物體上位于X軸負(fù)方向表面的方法具體如下：

將X向鏡架7裝配至測(cè)頭外殼5的X軸負(fù)方向一側(cè)側(cè)面上。驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光經(jīng)第一平面鏡8反射后到達(dá)待測(cè)表面。激光測(cè)頭3測(cè)量待測(cè)表面上r個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得分別為(x_ii,y_ii,z_ii)，ii＝1,2,3,4,…,r，的r個(gè)坐標(biāo)值。將r個(gè)坐標(biāo)值分別換算為(x_ii+l_ii-l_R0,y_ii，z_ii+l_ii-l_R0)，ii＝1,2,3,4,…,r，并保存。

測(cè)量待測(cè)物體上位于X軸正方向表面的方法具體如下：

將X向鏡架7裝配至測(cè)頭外殼5的X軸正方向一側(cè)側(cè)面上。驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光經(jīng)第一平面鏡8反射后到達(dá)待測(cè)表面。激光測(cè)頭3測(cè)量待測(cè)表面上s個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得分別為(x_jj,y_jj,z_jj)，jj＝1,2,3,4,…,s，的s個(gè)坐標(biāo)值。將s個(gè)坐標(biāo)值分別改寫為(x_jj-l_jj+l_L0,y_jj,z_jj+l_jj-l_L0)，jj＝1,2,3,4,…,s，并保存。

測(cè)量待測(cè)物體上位于Y軸正方向表面的方法具體如下：

將Y向鏡架10裝配至測(cè)頭外殼5上。驅(qū)動(dòng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使激光測(cè)頭射出的激光經(jīng)第二平面鏡11反射后到達(dá)待測(cè)表面。激光測(cè)頭3測(cè)量待測(cè)表面上t個(gè)不同位置點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得分別為(x_kk,y_kk,z_kk)，kk＝1,2,3,4,…,t，的t個(gè)坐標(biāo)值。將t個(gè)坐標(biāo)值分別改寫為(x_kk,y_kk-l_kk+l_F0,z_kk+l_kk-l_F0)，kk＝1,2,3,4,…,t，并保存。