数控机床光学测量系统畸变误差及其成因研究.pdfVIP

2011年 12月 机床与液压 Dee．2011 第 39卷 第24期 MACHINETOOL HYDRAULICS VolI39No．24 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．24．031 数控机床光学测量系统畸变误差及其成因研究 张幼明，郑冬喜 (九江学院机械与材料工程学院，江西九江 332005) 摘要：光学非接触方法测量在数控机床和机械制造中应用非常普遍，但各种光学测量系统都会或多或少产生各种误 差。数据缺损、离焦误差、畸变误差和量化误差是影响测量系统精度的主要误差源。通过建立光学测量系统数学模型 ，推 导出畸变误差数学模型，找出其成因，为各种测量系统误差的校正或补偿提供参考。 关键词：数控机床；光学测量；畸变误差 ；成因 中图分类号：TH721 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2011)24—085—2 AnalysisonDistortionErrorforOpticalMeasuringSystem inCNC M achineTool ZHANG Youming，ZHENG Dongxi (SchoolofMechanicalMaterialsEngineering，JiujiangUniversity，Ji~iangJiangxi332005，China) Abstract：Thenon-contactmeasuremethod iswidelyused inmechanicalmanufacturingandCNC machinetool，butmoreor less，variouserrorsaregeneratedineachkindofopticalmeasuresystem．Dateloss，defocuserror，distortionandquantizationerrorare themainsourcesoferrors effectingtheprecisionofopticalmeasuringsystem．Bysettingupamathematicalmodelforoptical measuring system ，theoneofdistortionerrorwasintroduced，anditscausationwasfound．Thereserachworkprovidesreferencesofrcorrection andcompensationoferrors ofrallkindsofmeasuringsystem． Keywords：CNCmachinetool；Optical measure；Distortionerror；Causation 。 数控机床广泛采用光栅尺来测量工作台的位移， 变会使得实际像高和理想像高之间出现差异，因而会 几何测量中的光学镜头畸变对测量结果影响很大。通 给测量结果引入测量误差。 常光学系统的实际放大倍率随视场增大 ，并不是一个 1 摄像机透视投影模型 常数，实际放大倍率和理想放大率的差异就是畸变， 理想的摄像机物像关系如图2所示。图中，设空 它表现为主光线在高斯像面上的交点高度和理想像高 间中物 点坐标为 A (，Y，z)，镜头 中心坐标为 之间的偏离。随着视场的改变，光学系统的畸变值也 0 ( ，Yo， )，像空间以相面中心为原点，像面为 在改变，例如图1(a)所示 的一个垂直于光轴的平面 删平面，镜头 中心与像面中心的连线 (光轴)为 埘 网格状物体，由理想的光学系统所形成的像应该是一 轴，则像点坐标为A (“， )，像面中心坐标 0 (0， 个与原来物体成比例的网格。但是在实际光学系统中 0，A)，镜头中心坐标为 (0，0，A”)，像面中心与 常常会出现如图1(b)或 1(c)的成像情况。图1(b) 镜头中心