CN107643032A - 一种逆向检测空间定位装置的设计及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种逆向检测空间定位装置的设计及其使用方法，属于机械设计领域，逆向检测空间定位装置中的三根刻度杆和一个支撑杆构成正方体测量区域，坐标定位器均通过伸缩连杆与特征参照物连接，刻度读取面板位于坐标定位器中心开口处，三个坐标定位器安装于三个对应的刻度杆上，三个特征参照物之间通过连杆连接，构成非等腰直角三角形。使CAD模型内的基准参考点与装置获得的基准参考点重合；根据装置得到的三个特征参照物的坐标刻度值，建立特征参照物的CAD模型，将特征参照物的CAD模型中心点位与装置得到的特征参照物的中心点位重合，完成数据对比工作。本发明的逆向检测空间定位装置，结构简单、操作简单、成本低廉，能够实现复杂曲面零件的逆向检测。
Description
技术领域
本发明属于机械设计领域，涉及一种空间定位装置，尤其是一种逆向检测的空间定位装置的改进，及其检测过程中的使用方法。
背景技术
随着数字化生产技术的发展，逆向技术在零件生产过程中发挥着越来越重要的作用，逆向技术是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模重构实物的CAD模型或进行实物与模型测量对比的过程。逆向技术目前主要在两个应用在两个领域：逆向设计和逆向检测。其中对逆向检测设备来说，便携式的三坐标测量仪因其功能强大、使用便携，应用范围较广。测量仪在使用过程时，首先需要实物与CAD模型同时存在，然后通过在实物表面放置特征物体或选择零件上的特征结构(一般为圆柱体，该特征物体或结构必须与CAD模型内一致，如果不一致，需要按照实物上的摆放位置和形状重新在CAD模型内设计)，使用“三点对齐”方法识别特征物体，从而使实物与CAD模型在空间上对齐，以实现进一步的检测对比功能。
但一般情况下，对于复杂的无特征结构的零件来说，放置特征物体时难以确定特征物与CAD模型的对应位置关系，对于此类零件的对比检测就无法使用三坐标测量仪了，而只能采用更耗时的逆向扫描再重新建模的方式进行，但此替代方法涉及的扫描数据质量、设计人员的设计水平等直接影响最后的建模结果，对最终的检测结果也影响较大，且耗时较长，严重影响检测效率和质量。
发明内容
针对现有技术存在的问题，在进行多次试验过程后，本发明提供一种逆向检测空间定位装置的设计及其使用方法。
本发明的技术方案为：
一种逆向检测空间定位装置，包括支撑杆1、刻度杆2、连接头3、伸缩连杆4、特征参照物5、连杆6、坐标定位器7、刻度读取面板8、第一定向滚轮9、第二定向滚轮10。
所述的支撑杆1为金属材质，四周设有四条滚轮轨道；刻度杆2为金属材质，四周设有四条滚轮轨道，且刻度杆2上设有坐标刻度线；刻度杆2与支撑杆1、支撑杆1与支撑杆1之间通过连接头3连接，一个刻度杆2和三个支撑杆1构成正方体测量区域，刻度杆2、支撑杆1与连接头3通过铆钉相互连接，其中，刻度杆2的数量为3，相互垂直摆放，对应X,Y,Z坐标轴，其余为支撑杆1。
所述的坐标定位器7为金属材质，每个坐标定位器7带有两个定向滚轮，分别为第一定向滚轮9和第二定向滚轮10，分别用于调整特征参照物5在不同坐标轴方向的移动；且坐标定位器7的中心设有一个长方形开口，刻度读取面板8位于该长方形开口处，刻度读取面板8为玻璃材料，用于读取刻度杆2上的坐标刻度值，刻度读取面板8中心指针与伸缩连杆4轴心的运动轨迹始终在同一平面内。三个坐标定位器7安装于三个对应的刻度杆2上，第一定向滚轮9和第二定向滚轮10安装在对应的滚轮轨道，每个坐标定位器7通过伸缩连杆4与特征参照物5连接，三个坐标定位器7连接三个特征参照物5，其中，伸缩连杆4的移动轨迹只能以对应的刻度杆2为轴进行90°范围内的转动，且不能超出正方体测量区域。
所述的三个特征参照物5之间通过连杆6连接，构成非等腰直角三角形，连杆6为固定长度；特征参照物5的材料为磁铁，形状为上粗下细的圆柱形，粗圆柱用于设备探头的测量定位，细圆柱形作为定位销，插入零件或工装定位孔内，用于定位被测实物的参考点坐标，且可以螺接其它规格的定位销。
上述逆向检测空间定位装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，如图1所示，将逆向检测空间定位装置放置于水平地面上，将被测实物和工装放入装置的正方体测量区域内，将销棒插入特征参照物5的中空位置。
步骤二，将特征参照物5的定位销插入零件或工装定位孔处，读取此时对应的刻度杆2上的刻度值，获取基准参考点坐标；直接读取与特征参照物5连接的刻度杆的刻度，其他轴的刻度值需要考虑连杆长度进行换算。
步骤三，将通过连杆6连接好的特征参照物5放置于被测物体之上，调整伸缩连杆4和坐标定位器7的位置，通过刻度读取面板8分别记录三个特征参照物5的坐标刻度值，与步骤二中获取的基准参考点坐标值一同，用于建立特征参照物5的CAD模型。
步骤四，将特征参照物5的定位销卸下，使用逆向测量设备的探头在圆柱形的特征参照物5上读取6处点位，6处点位分别为圆形截面3个点、圆柱中空侧壁3个点，完成三个特征参照物5的中心点位的获取。
在软件内将步骤二获取的基准参考点坐标与CAD模型坐标值进行换算，使CAD模型内的基准参考点与通过逆向检测空间定位装置获得的基准参考点重合；在此基础上，根据步骤三读取的三个特征参照物5的坐标刻度值，建立特征参照物5的CAD模型，将特征参照物5的CAD模型中心点位与步骤四测量得到的特征参照物5的中心点位重合，完成数据对比工作。
本发明的有益效果为：本发明的逆向检测空间定位装置，结构简单、操作简单、成本低廉，能够实现复杂曲面零件的逆向检测；通过改进特征物体结构和排列，该方法可以直接在任意零件表面放置特征物体或利用定位特征结构；通过特征识别再对齐的方式，能够实现实物与CAD模型的逆向对比检测功能，提升检测效率达80％以上；同时，该方法对比其他检测方法，对复杂零件的检测精度提升50％以上。
附图说明
图1为逆向检测空间定位装置的主视图；
图2为逆向检测空间定位装置的俯视图；
图3为图2的A-A方向的剖视图；
图4为图2的B-B方向的剖视图；
图5为坐标定位器的详图；
图中：1支撑杆、2刻度杆、3连接头、4伸缩连杆、5特征参照物、6连杆、7坐标定位器、8刻度读取面板、9第一定向滚轮、10第二定向滚轮。
具体实施方式
本发明将结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明，实施例和附图仅是为了进一步说明本发明的技术方案，不能将其解释为对发明保护范围的限制。
一种逆向检测空间定位装置，包括支撑杆1、刻度杆2、连接头3、伸缩连杆4、特征参照物5、连杆6、坐标定位器7、刻度读取面板8、第一定向滚轮9、第二定向滚轮10。
所述的支撑杆1为金属材质，四周设有四条滚轮轨道；刻度杆2为金属材质，四周设有四条滚轮轨道，且刻度杆2上设有坐标刻度线；刻度杆2与支撑杆1、支撑杆1与支撑杆1之间通过连接头3连接，一个刻度杆2和三个支撑杆1构成正方体测量区域，刻度杆2、支撑杆1与连接头3通过铆钉相互连接，其中，刻度杆2的数量为3，相互垂直摆放，对应X,Y,Z坐标轴，其余为支撑杆1。
所述的坐标定位器7为金属材质，每个坐标定位器7带有两个定向滚轮，分别为第一定向滚轮9和第二定向滚轮10，分别用于调整特征参照物5在不同坐标轴方向的移动；且坐标定位器7的中心设有一个长方形开口，刻度读取面板8位于该长方形开口处，刻度读取面板8为玻璃材料，用于读取刻度杆2上的坐标刻度值，刻度读取面板8中心指针与伸缩连杆4轴心的运动轨迹始终在同一平面内。三个坐标定位器7安装于三个对应的刻度杆2上，第一定向滚轮9和第二定向滚轮10安装在对应的滚轮轨道，每个坐标定位器7通过伸缩连杆4和销轴与特征参照物5连接，三个坐标定位器7分别连接三个特征参照物5，其中，伸缩连杆4的移动轨迹只能以对应的刻度杆2为轴进行90°范围内的转动，且不能超出正方体测量区域。
所述的三个特征参照物5之间通过连杆6连接，构成非等腰直角三角形，连杆6为固定长度；特征参照物5的材料为磁铁，形状为上粗下细的圆柱形，粗圆柱用于设备探头的测量定位，细圆柱形作为定位销，插入零件或工装定位孔内，用于定位被测实物的参考点坐标，且可以螺接其它规格的定位销。
上述逆向检测空间定位装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，如图1所示，将逆向检测空间定位装置放置于水平地面上，将被测实物和工装放入装置的正方体测量区域内，将销棒插入特征参照物5的中空位置。
步骤二，将特征参照物5的定位销插入零件或工装定位孔处，读取此时对应的刻度杆2上的刻度值，获取基准参考点坐标；直接读取与特征参照物5连接的刻度杆的刻度，其他轴的刻度值需要考虑连杆长度进行换算。
步骤三，将通过连杆6连接好的特征参照物5放置于被测物体之上，调整伸缩连杆4和坐标定位器7的位置，通过刻度读取面板8分别记录三个特征参照物5的坐标刻度值，与步骤二中获取的基准参考点坐标值一同，用于建立特征参照物5的CAD模型。
步骤四，将特征参照物5的定位销卸下，使用逆向测量设备的探头在圆柱形的特征参照物5上读取6处点位，6处点位分别为圆形截面3个点、圆柱中空侧壁3个点，完成三个特征参照物5的中心点位的获取。
在软件内将步骤二获取的基准参考点坐标与CAD模型坐标值进行换算，使CAD模型内的基准参考点与通过逆向检测空间定位装置获得的基准参考点重合；在此基础上，根据步骤三读取的三个特征参照物5的坐标刻度值，建立特征参照物5的CAD模型，将特征参照物5的CAD模型中心点位与步骤四测量得到的特征参照物5的中心点位重合，完成数据对比工作。
Claims (4)
1.一种逆向检测空间定位装置，其特征在于，所述的逆向检测空间定位装置包括支撑杆(1)、刻度杆(2)、连接头(3)、伸缩连杆(4)、特征参照物(5)、连杆(6)、坐标定位器(7)、刻度读取面板(8)、第一定向滚轮(9)、第二定向滚轮(10)；
所述的支撑杆(1)四周设有四条滚轮轨道；刻度杆(2)四周设有四条滚轮轨道，且刻度杆(2)上设有坐标刻度线；刻度杆(2)与支撑杆(1)、支撑杆(1)与支撑杆(1)之间通过连接头(3)连接，一个刻度杆(2)和三个支撑杆(1)构成正方体测量区域，其中，刻度杆(2)的数量为3，相互垂直摆放，对应X,Y,Z坐标轴，其余为支撑杆(1)；
所述的每个坐标定位器(7)带有两个定向滚轮，分别为第一定向滚轮(9)和第二定向滚轮(10)，第一定向滚轮(9)和第二定向滚轮(10)安装在对应的滚轮轨道上，用于调整特征参照物(5)在不同坐标轴方向的移动；坐标定位器(7)的中心设有一个长方形开口，刻度读取面板(8)位于该长方形开口处，刻度读取面板(8)为玻璃材质，用于读取刻度杆(2)上的坐标刻度值；刻度读取面板(8)中心指针与伸缩连杆(4)轴心的运动轨迹始终在同一平面内；三个坐标定位器(7)安装于三个对应的刻度杆(2)上，每个坐标定位器(7)通过伸缩连杆(4)与特征参照物(5)连接，三个坐标定位器(7)连接三个特征参照物(5)，其中，伸缩连杆(4)的移动轨迹只能以对应的刻度杆(2)为轴进行90°范围内的转动，且不能超出正方体测量区域；
所述的三个特征参照物(5)之间通过连杆(6)连接，构成非等腰直角三角形，连杆(6)为固定长度；特征参照物(5)的材料为磁铁，形状为上粗下细的圆柱形，粗圆柱用于设备探头的测量定位，细圆柱形作为定位销，插入零件或工装定位孔内，用于定位被测实物的参考点坐标，且能够螺接其它规格的定位销。
2.根据权利要求1所述的一种逆向检测空间定位装置，其特征在于，所述的支撑杆(1)、刻度杆(2)、坐标定位器(7)均为金属材质。
3.根据权利要求1或2所述的一种逆向检测空间定位装置，其特征在于，所述的刻度读取面板(8)为玻璃材料。
4.权利要求1或2或3任一所述的一种逆向检测空间定位装置的使用方法，其特征在于以下步骤：
步骤一，将逆向检测空间定位装置放置于水平地面上，将被测实物和工装放入装置的正方体测量区域内，将销棒插入特征参照物(5)的中空位置；
步骤二，将特征参照物(5)的定位销插入零件或工装定位孔处，读取此时对应的刻度杆(2)上的刻度值，获取基准参考点坐标；直接读取与特征参照物(5)连接的刻度杆的刻度，其他轴的刻度值需要考虑连杆长度进行换算；
步骤三，将通过连杆(6)连接好的特征参照物(5)放置于被测物体之上，调整伸缩连杆(4)和坐标定位器(7)的位置，通过刻度读取面板(8)分别记录三个特征参照物(5)的坐标刻度值，与步骤二中获取的基准参考点坐标值一同，用于建立特征参照物(5)的CAD模型；
步骤四，将特征参照物(5)的定位销卸下，使用逆向测量设备的探头在圆柱形的特征参照物(5)上读取6处点位，6处点位分别为圆形截面3个点、圆柱中空侧壁3个点，完成三个特征参照物(5)的中心点位的获取；
在软件内将步骤二获取的基准参考点坐标与CAD模型坐标值进行换算，使CAD模型内的基准参考点与通过逆向检测空间定位装置获得的基准参考点重合；在此基础上，根据步骤三读取的三个特征参照物(5)的坐标刻度值，建立特征参照物(5)的CAD模型，将特征参照物(5)的CAD模型中心点位与步骤四测量得到的特征参照物(5)的中心点位重合，完成数据对比工作。
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