CN102175145A - 用于在工件的表面精确标定出点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够在工件的表面精确标定出点的方法。该方法包括以下步骤：a、建立被测工件的基准点，设定待标定的目标点与该基准点之间的相对位置；b、在所述被测工件的表面上位于目标点的周围任意选取N个辅助点，依次标定为第1辅助点、第2辅助点……第N辅助点，令N≥2；c、通过测量装置测量出各辅助点与所述基准点之间的相对位置，然后计算出各辅助点与目标点之间的距离；d、在所述表面上以各辅助点为圆心，以该辅助点与目标点之间的距离为半径做辅助圆，这些辅助圆的交点即为标定出的目标点。该方法能够在工件的表面精确标定出点，确保后续加工或测量的精度。尤其是，该方法适用于在多种形状的表面上进行点的标定，比如球面等。

Description

用于在工件的表面精确标定出点的方法

技术领域

本发明涉及一种在工件表面精确标定出点的方法。所标定出的点可作为工件后续加工或测量的基准点。

背景技术

对一些大型且形状特殊的工件进行加工时，经常遇到的问题是加工基准的建立。比如，对于大型球体、核电封头以及大型筒体等工件，如果要在这些工件的表面上加工出位置度要求很高的通孔，首先应该先在工件的表面标定出待加工孔的中心点，然后再以该中心点为基准进行通孔的加工。相对而言，如果工件的表面是平面，要在平面上精确标定出工件上的坐标位置已知的目标点是比较容易的。但是，如果要在上面所说的大型球体、核电封头以及大型筒体的表面精确标定出坐标位置已知的目标点，由于这些工件的表面均是曲面并且体积庞大，因此标定过程就存在困难。

使用激光跟踪系统在曲面上进行目标点的标定是本领域技术人员可能采取的技术手段。只要操作人员事先确定好工件的位置，然后再将待标定的目标点在工件上的理论坐标值输入激光跟踪系统，就可引导该系统中的激光跟踪仪发射出指向待标定的目标点的激光束，该激光束照射到工件表面上后形成的光斑就是目标点所处的位置。在对目标点的标定精度不高的情况下，该方法是可行的。参见本说明书图1所示，由于所述激光束3照射到工件1的表面101上后形成的光斑4的直径达到10mm，而待标定的目标点A实际应当是该光斑4的中心点。由于光斑4的中心点不能确定，这就使得对目标点标定的误差达到5mm。因此，上述方法并不适合对目标点的标定精度要求较高的情况。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种能够在工件的表面精确标定出点的方法。

解决上述技术问题的技术方案是：本发明的方法包括以下步骤：

a、建立被测工件的基准点，设定待标定的目标点与该基准点之间的相对位置；

b、在所述被测工件的表面上位于目标点的周围任意选取N个辅助点，依次标定为第1辅助点、第2辅助点……第N辅助点，令N≥2；

c、通过测量装置测量出各辅助点与所述基准点之间的相对位置，然后计算出各辅助点与目标点之间的距离；

d、在所述表面上以各辅助点为圆心，以该辅助点与目标点之间的距离为半径做辅助圆，这些辅助圆的交点即为标定出的目标点。

在上述方法中，被测工件的基准点既可以位于被测工件上，也可以位于被测工件的外部。比如，当被测工件是一个大型球体时，可将被测工件的基准点选定为该球体的球心。

待标定的目标点与该基准点之间的相对位置在工件的设计阶段实际上就已经确定。沿用被测工件是一个大型球体的例子，当待标定的目标点是一个待加工孔的中心点时，该中心点相对于大型球体的球心位置在工件设计阶段必然确定。

通过测量装置可测量出各辅助点与所述基准点之间的相对位置，同时待标定的目标点与该基准点之间的相对位置也已经确定，因此待标定的目标点与各辅助点之间的距离是可求的。其求解原理是：以所述基准点为坐标原点建立三维坐标系，由于各辅助点与该基准点之间的相对位置以及待标定的目标点与该基准点之间的相对位置都是已知的，因此各辅助点以及待标定的目标点在该三维坐标系中的坐标值也是确定的。根据空间点之间距离计算公式

只要将待标定的目标点以及任意一个辅助点的三维坐标值代入上述公式，就能够计算出待标定的目标点与该辅助点之间的距离L。

当待标定的目标点与各辅助点之间的距离确定后，再在工件的表面上以各辅助点为圆心，以该辅助点与目标点之间的距离为半径做辅助圆，这些辅助圆的交点即为标定出的目标点。其中可以选择采用多种现有的方法来做辅助圆，比如使用划线圆规。

作为对上述方法的进一步改进，

步骤a中，使用激光跟踪系统建立被测工件的基准点；

步骤b中，先将目标点与基准点之间相对位置的设定值输入激光跟踪系统，从而引导该系统中的激光跟踪仪发射出指向目标点的激光束，然后再在该激光束照射到所述表面上形成的光斑的周围选取并标定所述的各辅助点；

步骤c中，利用与激光跟踪仪配合使用的反射器采集各辅助点相对基准点的坐标值，然后计算出各辅助点与目标点之间的距离。

上述改进是将激光跟踪系统与前面所说的方法进行有机的结合，在通过激光跟踪系统来确保整体测量精度的同时，完全规避了因激光跟踪系统的光斑直接过大所带来的测量不确定度。其中所说的“反射器”是现有装置。为了保证测量精度，最好选用具有能够精确采集物体表面点坐标功能的反射器。目前工业化应用的激光跟踪系统通常附带有具备上述功能的反射器。

作为对上述方法的进一步改进，

步骤b中，在位于目标点的周围选取至少3个辅助点。

当然，最好是在位于目标点的周围选取3个辅助点，依次标定为第1辅助点、第2辅助点和第3辅助点，并使这3个辅助点大致上均布在一个与目标点基本同心的圆上。

选取至少3个辅助点的好处在于，能够根据由这3个辅助点所做出的辅助圆是否交于同一点来直观的判断对目标点标定的准确性。如果各辅助圆刚好交于一点，则该点必然就是需要标定的目标点；但如果这些辅助圆并非交于同一点，则说明前面的步骤中存在较大的测量误差，应予以修正。原则上，所选取的辅助点数量越多，测量的精度越高。考虑到测量效率因此在位于目标点的周围仅选取3个辅助点。当这3个辅助点大致上均布在一个与目标点基本同心的圆上时，所做出的各辅助圆的半径基本上也是大致相等的，使操作过程更为直观、清晰，并有利于精度的控制。

作为对上述方法的进一步改进，

上述方法还包括以下步骤：

e、通过测量装置测量出已标定出的目标点与基准点的相对位置，然后与步骤a中的设定值进行比较，从而对目标点的标定精度进行验证。

具体的，在步骤e中，利用与激光跟踪仪配合使用的反射器采集已标定出的目标点相对基准点的坐标值，然后与步骤a的设定值进行比较，从而对目标点的标定精度进行验证。

显然，通过对标定的目标点的位置进行验证，能够确保本方法的准确性。

本发明的有益效果是：能够在工件的表面精确标定出点，确保后续加工或测量的精度。尤其是，本发明的这种方法适用于在多种形状的表面上进行点的标定，比如球面、非球面的曲面或平面等。

附图说明

图1为本发明的实施状态图。

图2为本发明步骤b、d的原理图。

图3为本发明步骤a、c的原理图。

图4为图2中C-C向剖视图。

图1中箭头所引部分为激光束照射到工件表面所形成光斑的放大图。

图中标记为：工件1、表面101、激光跟踪系统2、激光跟踪仪201、激光束3、光斑4、辅助圆5(第1辅助圆501、第2辅助圆502、第3辅助圆503)、划线圆规6、目标点A、辅助点B(第1辅助点B1、第2辅助点B2、第3辅助点B3)、距离L1、距离L2、距离L3。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

现以工件为一球瓣为例。如图1所示，在该工件1的表面101上要加工一个通孔，该通孔的中心与工件1的球心之间的相对位置在工件1的设计阶段已经确定。要加工出上述通孔，首先需要在工件1的表面101上标定出该通孔中心点的位置。现将该通孔的中心点设定为目标点A。下面采用本发明所提供的方法在该工件1的表面101进行目标点A的标定。

首先，如图1、3所示，使用激光跟踪系统2建立被测工件1的基准点O。该基准点O设定为工件1的球心。利用激光跟踪系统2建立被测工件1的球心的具体方法可简述为用靶球在工件1的内球面上移动，激光跟踪系统2跟踪并建立靶球移动的轨迹，通过对数据的处理最终可得到基准点O与激光跟踪系统2之间的相对坐标。上述由激光跟踪系统2建立被测工件1的球心的具体方法本身是激光跟踪系统2已具备的一种用途，是现有技术。当建立被测工件1的基准点O后，可将该基准点O作为坐标原点O(0，0，0)建立三维坐标系。正如前面所说，由于基准点O(0，0，0)与目标点A之间的相对位置在工件1的设计阶段已经确定，因此目标点A(X，Y，Z)在基准点O的坐标系中的坐标值也已经确定。

如图1、2、3所示，然后将目标点A(X，Y，Z)与基准点O(0，0，0)之间相对位置的设定值输入激光跟踪系统2，从而引导该系统中的激光跟踪仪201发射出指向目标点A(X，Y，Z)的激光束3，然后再在该激光束3照射到所述表面101上形成的光斑4的周围选取3个辅助点B，依次标定为第1辅助点B1、第2辅助点B2和第3辅助点B3。在选取这3个辅助点B时，最好使这3个辅助点B大致上均布在一个与目标点A基本同心的圆上。一种做法是通过操作者的感观尽量使这3个辅助点B与光斑4的边缘等距，并且在光斑4的周边均布。每选取一个辅助点B后，应在工件1的表面101将该辅助点B标记出来。

在工件1的表面101上标记出第1辅助点B1、第2辅助点B2和第3辅助点B3以后，依次采用与激光跟踪仪(201)配合使用的反射器采集第1辅助点B1(X1，Y1，Z1)、第2辅助点B2(X2，Y2，Z2)和第3辅助点B3(X3，Y3，Z3)的坐标值。上述每一个辅助点B与目标点A之间的距离可由如下方式计算出来：

$L1=\sqrt{{(X1-X)}^2+{(Y1-Y)}^2+{(Z1-Z)}^2}$

$L2=\sqrt{{(X2-X)}^2+{(Y2-Y)}^2+{(Z2-Z)}^2}$

$L3=\sqrt{{(X3-X)}^2+{(Y3-Y)}^2+{(Z3-Z)}^2}$

其中，

L1代表第1辅助点B1(X1，Y1，Z1)与目标点A(X，Y，Z)之间的距离；

L2代表第2辅助点B2(X2，Y2，Z2)与目标点A(X，Y，Z)之间的距离；

L3代表第3辅助点B3(X3，Y3，Z3)与目标点A(X，Y，Z)之间的距离；

然后，如图2、4所示，使用划线圆规6在工件1的表面101上分别以第1辅助点B1、第2辅助点B2和第3辅助点B3为圆心，对应以第1辅助点B1与目标点A之间的距离L1、第2辅助点B2与目标点A之间的距离L2以及第3辅助点B3与目标点A之间的距离L3为半径做辅助圆501、辅助圆502以及辅助圆503，辅助圆501、辅助圆502和辅助圆503的交点即为标定出的目标点A。辅助圆503，辅助圆501和辅助圆502应该交于同一点(即目标点A)，如果这些辅助圆5未能交于同一点，则说明前面的步骤中存在较大的测量误差，应予以修正。

此后，再利用与激光跟踪仪201配合使用的反射器采集已标定出的目标点A相对基准点O的实际坐标值，然后与目标点A的理论坐标值进行比较，从而对目标点A的标定精度进行验证。

Claims (6)

1.用于在工件的表面精确标定出点的方法，该方法包括以下步骤：

a、建立被测工件(1)的基准点(O)，设定待标定的目标点(A)与该基准点(O)之间的相对位置；

b、在所述被测工件(1)的表面(101)上位于目标点(A)的周围任意选取N个辅助点(B)，依次标定为第1辅助点(B1)、第2辅助点(B2)……第N辅助点，令N≥2；

c、通过测量装置测量出各辅助点(B)与所述基准点(O)之间的相对位置，然后计算出各辅助点(B)与目标点(A)之间的距离；

d、在所述表面(101)上以各辅助点(B)为圆心，以该辅助点(B)与目标点(A)之间的距离为半径做辅助圆(5)，这些辅助圆(5)的交点即为标定出的目标点(A)。

2.如权利要求1所述的用于在工件的表面精确标定点的方法，其特征在于：

步骤a中，使用激光跟踪系统(2)建立被测工件(1)的基准点(O)；

步骤b中，将目标点(A)与基准点(O)之间相对位置的设定值输入激光跟踪系统(2)，从而引导该系统中的激光跟踪仪(201)发射出指向目标点(A)的激光束(3)，然后再在该激光束(3)照射到所述表面(101)上形成的光斑(4)的周围选取并标定所述的各辅助点(B)；

步骤c中，使用与激光跟踪仪(201)配合使用的反射器采集各辅助点(B)相对基准点(O)的坐标值，然后计算出各辅助点(B)与目标点(A)之间的距离。

3.如权利要求1或2所述的用于在工件的表面精确标定点的方法，其特征在于：步骤b中，在位于目标点(A)的周围选取至少3个辅助点(B)。

4.如权利要求3所述的用于在工件的表面精确标定点的方法，其特征在于：步骤b中，在位于目标点(A)的周围选取3个辅助点(B)，依次标定为第1辅助点(B1)、第2辅助点(B2)和第3辅助点(B3)，并使这3个辅助点(B)大致上均布在一个与目标点(A)基本同心的圆上。

5.如权利要求1或2所述的用于在工件的表面精确标定点的方法，其特征在于：该方法还包括以下步骤：

e、通过测量装置测量出已标定出的目标点(A)与基准点(O)的相对位置，然后与步骤a中的设定值进行比较，从而对目标点(A)的标定精度进行验证。

6.如权利要求4所述的用于在工件的表面精确标定点的方法，其特征在于：

步骤e中，使用与激光跟踪仪(201)配合使用的反射器采集已标定出的目标点(A)相对基准点(O)的坐标值，然后与步骤a的设定值进行比较。

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