1 測量原理
　 在進(jìn)行3維測量時(shí)，激光測頭的激光器投射在被測物體表面上的光斑，通過透鏡在PSD上成像，在PSD上成像的光敏元輸出電脈沖信號到驅(qū)動(dòng)器中，再經(jīng)接口電路傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)中的CNC系統(tǒng)，通過示教測量軟件模塊疊加計(jì)算獲得待測工件上示教點(diǎn)的3維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)并按一定規(guī)則記錄存儲，從而完成示教點(diǎn)的測量。
　 為盡量減少光散射或其它原因造成測量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，從而使該點(diǎn)偏離原曲面，形成測量誤差，系統(tǒng)采用多次測量并通過數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法，去掉壞點(diǎn)，避免一次測量帶來誤差大的隱患，這對激光測頭是很容易實(shí)現(xiàn)的。

　 2 系統(tǒng)的組成
　 系統(tǒng)由切割機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、激光數(shù)字化測頭、PC機(jī)、串行通訊接口和相應(yīng)的控制軟件組成。
　 它由以下幾個(gè)部分組成：
?。?）激光測頭。系統(tǒng)采用了激光點(diǎn)光源非接觸式測頭，安裝于激光切割機(jī)A軸切割頭的位置，它完成測量信號的提取。測頭輸出信號中包括一個(gè)測量距離的模擬電壓量和3個(gè)反應(yīng)測頭狀態(tài)的開關(guān)量，其中模擬電壓量輸出與距離關(guān)系成正比；3個(gè)開關(guān)量分別是近報(bào)警信號、遠(yuǎn)報(bào)警信號與有效測量信號，在系統(tǒng)中通過充分利用這3個(gè)信號，實(shí)現(xiàn)測量的自動(dòng)控制。
?。?）PSD驅(qū)動(dòng)及采樣信號處理電路主要由兩部分組成：光電位敏元件PSD驅(qū)動(dòng)電路與PSD連接在一起，共同安裝在激光測頭及其控制盒內(nèi)；PSD的A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)據(jù)傳輸電路插在PC機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)。它們分別完成光信號向電信號的轉(zhuǎn)換、模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換以及相應(yīng)控制信號的傳輸。
?。?）數(shù)控5軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它們來完成示教錄返編程測量過程中計(jì)算機(jī)發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令。
?。?）數(shù)控系統(tǒng)中的示教測量軟件模塊。借機(jī)測量系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，很大程度上取決于系統(tǒng)的軟件，它主要完成測頭運(yùn)動(dòng)控制，如測頭運(yùn)動(dòng)速度和空間位置的控制；采樣數(shù)據(jù)處理，獲取機(jī)床當(dāng)前3軸坐標(biāo)的空間位置；測量數(shù)據(jù)的處理與存儲；數(shù)控加工程序的生成等。

　 3 維曲面激光切割加工中法矢獲取算法在3維曲面的激光切割加工中，獲取被加工曲面的法矢是其關(guān)鍵技術(shù)之一。采用激光測頭與加工機(jī)床機(jī)床加工采用蓄能器的研究形成借機(jī)測量系統(tǒng)這一新的示教方案，其目的就是將難直接測量的曲面法矢轉(zhuǎn)化為容易測量的空間點(diǎn)，再利用微分幾何的方法，通過處理得到較為精確的法矢值。采用這樣的方案避免了過多受到示教者主觀因素、被測工件復(fù)雜程度和機(jī)床結(jié)構(gòu)形式的影響。提出了一種新的法矢二次測量方法，主要是通過算法來提高測得法矢的精度，但它仍是利用原有的激光噴嘴作測頭，由于本身結(jié)構(gòu)的限制，無法獲取高的測量精度，所以本文提出改為采用測量精度較高的激光測頭。同時(shí)采用半自動(dòng)測量方式，它是在操作者一定程度的干預(yù)下，系統(tǒng)自動(dòng)完成對示教點(diǎn)的法矢測量工作。這不僅能提高工作效率，而且可保證測量結(jié)果的連續(xù)性和一致性，并使測量精度在一定范圍內(nèi)得到了有效保證。規(guī)劃被加工型值點(diǎn)鄰近的均勻3點(diǎn)，通過測量這3點(diǎn)的精確坐標(biāo)來重新確定被加工曲面的法矢。
　利用激光加工機(jī)所具有的型值點(diǎn)的位置坐標(biāo)測量精度高于激光頭的姿態(tài)測量精度的特點(diǎn)，通過將激光頭的姿態(tài)測量轉(zhuǎn)為被加工曲面上點(diǎn)的坐標(biāo)的測量，從而提高了激光頭的姿態(tài)測量精度。同時(shí)可利用此方法進(jìn)行迭代測量，直至達(dá)到所要求的精度。
　 4 結(jié)論
　本文介紹的法矢測量系統(tǒng)充分發(fā)揮了激光測頭的測量精度和5軸聯(lián)動(dòng)激光切割機(jī)CNC系統(tǒng)的功能，對解決激光加工中曲面法矢獲取難這一工程實(shí)際問題起到了有效的作用，具體如下：（1）由于系統(tǒng)采用激光非接觸式測量，既解決了接觸壓力引起的測量誤差問題，也不存在測頭半徑3維補(bǔ)償?shù)碾y題，特別適合于對3維大型覆蓋件等薄壁、易變形工件的示教；（2）只要光可以到達(dá)的區(qū)域，便可以進(jìn)行測量；同時(shí)測量精度不再取決于示教者所確定的測量間距精度和示教者的經(jīng)驗(yàn)；（3）本文所提出的3維激光切割加工中曲面法矢的獲取算法以及示教點(diǎn)選取策略皆是基于一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并具有簡便易行的顯著特點(diǎn)；（4）激光數(shù)字化采集的精度可達(dá)4m，采集頻率為10Hz，測得法矢誤差可控制在2°以內(nèi)。