1 測量原理
　 在進行3維測量時，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)動器中，再經(jīng)接口電路傳給計算機。計算機中的CNC系統(tǒng)，通過示教測量軟件模塊疊加計算獲得待測工件上示教點的3維坐標數(shù)據(jù)，計算機并按一定規(guī)則記錄存儲，從而完成示教點的測量。
　 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，從而使該點偏離原曲面，形成測量誤差，系統(tǒng)采用多次測量并通過數(shù)據(jù)預處理的方法，去掉壞點，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現(xiàn)的。

　 2 系統(tǒng)的組成
　 系統(tǒng)由切割機床、數(shù)控系統(tǒng)、激光數(shù)字化測頭、PC機、串行通訊接口和相應的控制軟件組成。
　 它由以下幾個部分組成：
?。?）激光測頭。系統(tǒng)采用了激光點光源非接觸式測頭，安裝于激光切割機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測量距離的模擬電壓量和3個反應測頭狀態(tài)的開關量，其中模擬電壓量輸出與距離關系成正比；3個開關量分別是近報警信號、遠報警信號與有效測量信號，在系統(tǒng)中通過充分利用這3個信號，實現(xiàn)測量的自動控制。
　（2）PSD驅(qū)動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機的擴展槽內(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)換以及相應控制信號的傳輸。
　（3）數(shù)控5軸聯(lián)動激光切割機的驅(qū)動系統(tǒng)和相應的執(zhí)行機構(gòu)，由它們來完成示教錄返編程測量過程中計算機發(fā)出的運動指令。
　（4）數(shù)控系統(tǒng)中的示教測量軟件模塊。借機測量系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，很大程度上取決于系統(tǒng)的軟件，它主要完成測頭運動控制，如測頭運動速度和空間位置的控制；采樣數(shù)據(jù)處理，獲取機床當前3軸坐標的空間位置；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鍵技術之一。采用激光測頭與加工機床機床加工采用蓄能器的研究形成借機測量系統(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，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、被測工件復雜程度和機床結(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。同時采用半自動測量方式，它是在操作者一定程度的干預下，系統(tǒng)自動完成對示教點的法矢測量工作。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)劃被加工型值點鄰近的均勻3點，通過測量這3點的精確坐標來重新確定被加工曲面的法矢。
　利用激光加工機所具有的型值點的位置坐標測量精度高于激光頭的姿態(tài)測量精度的特點，通過將激光頭的姿態(tài)測量轉(zhuǎn)為被加工曲面上點的坐標的測量，從而提高了激光頭的姿態(tài)測量精度。同時可利用此方法進行迭代測量，直至達到所要求的精度。
　 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)動激光切割機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）只要光可以到達的區(qū)域，便可以進行測量；同時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；（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選取策略皆是基于一定的數(shù)學基礎，并具有簡便易行的顯著特點；（4）激光數(shù)字化采集的精度可達4m，采集頻率為10Hz，測得法矢誤差可控制在2°以內(nèi)。