CN111307062A - 加工铸件基准的传递方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种加工铸件基准的传递方法，涉及铸件加工技术领域，包括：在待加工铸件上设置至少一个标准几何构件，扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得三维点云数据；以所述标准几何构件为基准，根据所述三维点云数据建立加工坐标系。在上述技术方案中，当将标准几何构件结合至铸件后，便可以该标准几何构件作为基准的传递，因此加工过程便不限于铸件结构复杂程度，同时，可以有效减少铸件基准的粗加工等工序，提高工序过程效率。由于上述标准几何构件可以作为可靠的基准参考物，所以在铸件加工的过程中，可以在各工序中实现校准，有效保证各工序中基准的转化衔接，对后工序加工提供支持。

Description

加工铸件基准的传递方法
技术领域
本发明涉及铸件加工技术领域，尤其是涉及一种加工铸件基准的传递方法。
背景技术
随着数字化光学测量技术的不断突破与革新，近年来，非接触式光学扫描测量机在工业、医学、汽车等领域的应用更加广泛，非接触式光学扫描测量机主要由工业级的CCD相机、机械手臂、测量控制系统以及工作平台等组成，其测量范围可达到0.1～50m，精度可以达到0.02mm。
在数字化铸件测量和加工基准过程中，非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机对铸件进行测量应用广泛，通过生成三维实体网格与理论数模或图纸进行拟合调整至理想尺寸状态。对于简单结构铸件而言，铸件上的目标点可以确定加工坐标系，进而粗加工基准，但此过程会增加机加工工序，影响基准传递的效率。对于复杂曲面铸件而言，铸件上没有基本几何特征结构，因此铸件上目标点的位置难以确认，目标点位置的误差较大，因此便会导致基准传递的准确性会受影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工铸件基准的传递方法，以解决现有技术中铸件测量和加工过程中基准传递的准确性低的技术问题。
本发明提供的一种加工铸件基准的传递方法，包括：
在待加工铸件上设置至少一个标准几何构件，扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得三维点云数据；以所述标准几何构件为基准，根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
进一步的，所述扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件包括：扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得测量数据，将所述测量数据与理论数模进行拟合处理；
根据所述拟合处理的结果调整所述标准几何构件在所述待加工铸件上的位置，基于调整后的位置扫描获得所述三维点云数据。
进一步的，所述测量数据和所述理论数模通过最小二乘法拟合处理。
进一步的，通过所述三维点云数据计算所述标准几何构件的中心坐标，将该中心坐标作为所述基准。
进一步的，所述标准几何构件包括标准球体、标准圆柱体、标准长方体、标准正方体和标准锥体中的一种或任意组合。
进一步的，所述三维点云数据通过非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机扫描获取。
进一步的，所述标准几何构件的数量至少为3个。
进一步的，所述标准几何构件为标准球体，所述标准几何构件的数量为3个。
进一步的，在待加工铸件上设置3个标准球体，扫描3个所述标准球体与所述待加工铸件的测量数据，将该测量数据与理论数模进行拟合处理；
根据所述拟合处理的结果调整3个所述标准球体在所述待加工铸件上的位置，基于调整后的位置扫描3个所述标准球体与所述待加工铸件的三维点云数据；
通过所述三维点云数据计算3个所述标准球体的直径和/或球心坐标，以所述直径和/或所述球心坐标作为基准并根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
进一步的，在根据所述加工坐标系加工铸件的过程中，采集3个所述标准球体的直径和/或球心坐标所在的实际坐标系，保证所述实际坐标系与所述加工坐标系重合。
在上述技术方案中，当将标准几何构件结合至铸件后，便可以该标准几何构件作为基准的传递，因此加工过程便不限于铸件结构复杂程度，同时，可以有效减少铸件基准的粗加工等工序，提高工序过程效率。由于上述标准几何构件可以作为可靠的基准参考物，所以在铸件加工的过程中，可以在各工序中实现校准，有效保证各工序中基准的转化衔接，对后工序加工提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的标准球体的设置状态示意图1；
图2为本发明实施例提供的标准球体的设置状态示意图2。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考图1和图2，本实施例提供的一种加工铸件基准的传递方法，包括：
在待加工铸件上设置至少一个标准几何构件，扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得三维点云数据；以所述标准几何构件为基准，根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
由上可知，在对铸件进行加工的过程中，为了能够准确、快速的确认铸件基准，所以该加工铸件基准的传递方法在铸件测量过程中引入了外部几何特征(高精度基本几何元素)，也即所述标准几何构件。例如，该标准几何构件包括标准球体、标准圆柱体、标准长方体、标准正方体和标准锥体中的一种或任意组合。需要说明的是，标准球体属于高精度机械结构零件，一般由机械研磨加工制成，尺寸精度通常在0.001mm以内。并且，标准球体的球心无固定矢量方向，可以便于数据获取。因此，标准几何构件可以优选为标准球体。
当将标准几何构件结合至铸件后，便可以该标准几何构件作为基准的传递，因此加工过程便不限于铸件结构复杂程度，同时，可以有效减少铸件基准的粗加工等工序，提高工序过程效率。由于上述标准几何构件可以作为可靠的基准参考物，所以在铸件加工的过程中，可以在各工序中实现校准，有效保证各工序中基准的转化衔接，对后工序加工提供支持。
在该加工铸件基准的传递方法中，可以在待加工铸件上设置至少一个标准几何构件，优选的，所述标准几何构件的数量可以至少为3个，因此可以保证基准的传递准确度。例如，在一个实施方式中，所述标准几何构件可以为标准球体，所述标准几何构件的数量可以为3个，即利用3个标准球体作为基准传递的标准几何构件。
在铸件上引入了作为基准的标准几何构件后，可以扫描标准几何构件和待加工铸件的三维点云数据，以所述标准几何构件为基准，并且根据所述三维点云数据建立加工坐标系。由于该加工坐标系以可靠的基准参考物，即以标准几何构件作为基准进行坐标的传递，因此在该加工坐标系下对待加工的铸件加工表可以保证加工的准确度。
所述三维点云数据可以通过非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机扫描获取。其中，非接触式光学扫描测量机的基本原理是采用立体相机进行三角扫描，基于相机芯片上正弦曲线强度分布形成相移，通过软件计算，各相面元素转化成独立三维坐标，形成点云或面片数据。扫描测量机便于测量大型复杂工件，测量效率高，精度可以达到0.01mm。三坐标测量机的基本原理是将被测零件放在它允许的测量空间范围内，精准地测量出被测零件表面点的空间位置数据，将这些点的坐标数据经过计算机处理，拟合成测量元素，如圆、球、圆柱等，经过数学计算的方法得出形状、位置公差及其他几何数据。其精度最高可达0.001mm。
在对该三维点云数据进行扫描的过程中，可以首先通过非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得测量数据，将所述测量数据与理论数模进行拟合处理，例如，该测量数据和理论数模可以通过最小二乘法拟合处理，拟合处理的过程可以在专业软件中进行，本领域技术人员可以根据需求选择具体的专业软件，在此不做限定。在一个实施方式中，当使用非接触式光学测量机扫描铸件和标准球体后，可以逆向得到三维点云数据，将三维点云数据进行点云阶段的基础处理，例如，减燥、体外估点、统一、曲率等，最后将三维点云数据和理论数模输入在专业三维数据处理软件中进行拟合，通过最佳拟合、特征对齐、RPS对齐、手动对齐等步骤，使铸件的外形尺寸与理论模型达到了理想的重合状态，尺寸满足铸件图纸和零件加工要求得状态。此时，拟合后的三维点云数据便可以具有与模型一样坐标系，此时点云的坐标系可以叫测量坐标系，点云的尺寸信息与理论相应位置的数据是关联的。
因此，经过该拟合处理后可以保证后续建立的加工坐标系满足铸件图纸和零件加工要求。然后便可以根据所述拟合处理的结果调整所述标准几何构件在所述待加工铸件上的位置，基于调整后的位置再通过非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机扫描获得所述三维点云数据。
另外，在以标准几何构件为基准时，可以通过所述三维点云数据计算所述标准几何构件的中心坐标，将该中心坐标作为所述基准。例如，当采用3个标准球体作为基准传递的标准几何构件时，便可以在上述的测量坐标系下，将标准球体的点云数据拟合成球体，并计算出球心坐标和直径，球心坐标和直径就是铸件的基准。因此，通过所述三维点云数据计算出的3个所述标准球体的直径和/或球心坐标便可以作为基准并根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
例如，在一个实施例中，可以在待加工铸件上设置3个标准球体，扫描3个所述标准球体与所述待加工铸件的测量数据，将该测量数据与理论数模进行拟合处理；根据所述拟合处理的结果调整3个所述标准球体在所述待加工铸件上的位置，基于调整后的位置扫描3个所述标准球体与所述待加工铸件的三维点云数据；通过所述三维点云数据计算3个所述标准球体的直径和/或球心坐标，以所述直径和/或所述球心坐标作为基准并根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
因此，根据铸件和数控加工中心的特点将标准球体和铸件合理组合。标准球体与铸件在同一坐标下，使用非接触式光学扫描测量机进行扫描，根据产品三维模型进行计算，可以得到符合图纸要求理想的铸件状态。此时，加工厂可以通过带有铸件坐标信息的标准球体建立加工坐标系，从而将理想状态的铸件尺寸信息传递给数控加工中心。该方法可操作性强，可以提升铸件至零件加工过程中基准的传递效率和加工尺寸的准确性。
具体的，当采用3个标准球体作为基准传递的标准几何构件时：首先，可以在测量待加工铸件前，根据待加工铸件的结构特点将标准球体1、标准球体2和标准球体3均布在待加工铸件上。在同一坐标系下，使用非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机对待加工铸件进行测量，将获取的测量数据与理论数模输入到计算机中，在专业软件中通过最小二乘法将待加工铸件的尺寸调整拟合到满足铸件图纸和零件加工要求。调整拟合后的待加工铸件与标准球体1、标准球体2和标准球体3在同一个坐标系下，通过非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机扫描得到标准球体的点云数据，通过逆向计算，得到标准球体1、标准球体2和标准球体3的直径与球心坐标，同时输出待加工铸件上的目标点1、目标点2、目标点3…目标点N的坐标，因此便完成了加工坐标系的建立。
进一步的，在根据所述加工坐标系加工铸件的过程中，采集3个所述标准球体的直径和/或球心坐标所在的实际坐标系，保证所述实际坐标系与所述加工坐标系重合。具体的，待加工铸件在加工时，加工机床也可以通过测量头、寻边器或校表采集标准球体1、标准球体2和标准球体3，根据标准球体1、标准球体2和标准球体3的直径与球心坐标，确定标准球体1、标准球体2和标准球体3和待加工铸件的实际坐标系，使加工坐标系与实际坐标系重合，这便可以实现校正的目的。
其中，在实际坐标系下测量待加工铸件上的目标点1`、目标点2`、目标点3`…目标点N`，评估加工坐标系下目标点1、目标点2、目标点3…目标点N坐标偏差与实际坐标系下测量的待加工铸件上的目标点1`、目标点2`、目标点3`…目标点N`坐标偏差的符合性，从而可以判断待加工铸件加工过程中基准传递是否符合要求。使用三坐标验证铸件基准目标点的尺寸信息，可以将铸件从扫描测量到机床测量，再到三坐标测量，相互验证形成闭环，保证了最终尺寸的准确性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种加工铸件基准的传递方法，其特征在于，包括：
在待加工铸件上设置至少一个标准几何构件，扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得三维点云数据；以所述标准几何构件为基准，根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
2.根据权利要求1所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，所述扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件包括：扫描所述标准几何构件与所述待加工铸件以获得测量数据，将所述测量数据与理论数模进行拟合处理；
根据所述拟合处理的结果调整所述标准几何构件在所述待加工铸件上的位置，基于调整后的位置扫描获得所述三维点云数据。
3.根据权利要求2所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，所述测量数据和所述理论数模通过最小二乘法拟合处理。
4.根据权利要求1所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，通过所述三维点云数据计算所述标准几何构件的中心坐标，将该中心坐标作为所述基准。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，所述标准几何构件包括标准球体、标准圆柱体、标准长方体、标准正方体和标准锥体中的一种或任意组合。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，所述三维点云数据通过非接触式光学扫描测量机或三坐标测量机扫描获取。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，所述标准几何构件的数量至少为3个。
8.根据权利要求7所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，所述标准几何构件为标准球体，所述标准几何构件的数量为3个。
9.根据权利要求8所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，在待加工铸件上设置3个标准球体，扫描3个所述标准球体与所述待加工铸件的测量数据，将该测量数据与理论数模进行拟合处理；
根据所述拟合处理的结果调整3个所述标准球体在所述待加工铸件上的位置，基于调整后的位置扫描3个所述标准球体与所述待加工铸件的三维点云数据；
通过所述三维点云数据计算3个所述标准球体的直径和/或球心坐标，以所述直径和/或所述球心坐标作为基准并根据所述三维点云数据建立加工坐标系。
10.根据权利要求9所述的加工铸件基准的传递方法，其特征在于，在根据所述加工坐标系加工铸件的过程中，采集3个所述标准球体的直径和/或球心坐标所在的实际坐标系，保证所述实际坐标系与所述加工坐标系重合。
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