CN112361956B - 一种多定位器空间距离实时保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多定位器空间距离实时保护方法，其特征在于，分别计算各个工装球头球心点之间距离以及各定位器球窝中心点之间的实时距离，并计算两者之间的偏差值β；允许偏差阈值为γ，当β值超出允许值γ，触发保护。本发明通过控制工装球头球心点之间距离以与各定位器球窝中心点之间的实时距离之间的偏差值β实现对工装或大部件的保护，具体较好的实用性。

Description

一种多定位器空间距离实时保护方法

技术领域

本发明属于大部件调姿对合、大部件高精度装配的技术领域，具体涉及一种多定位器空间距离实时保护方法。

背景技术

在大部件调姿对合、大部件高精度装配应用领域，一般是在装配坐标系中布局多个定位器，将大部件或固定大部件的工装通过球头连接到定位器球窝上进行固持，通过运动控制器控制定位器球窝在空间中的位置，调整大部件姿态，满足大部件高精度装配的需求。

由于固定在定位器上的工装或大部件是刚性体，调整姿态时需要各个轴速度、位置同步协调运动。但是，要实现各轴的协调运动，需要各定位器轴在安装调试阶段有很高的几何精度、在运动轨迹规划时要有最优的运动路径等，在控制其运动过程中，如果规划轨迹出现错误、各定位器机械部件损坏等，都会引起各轴不能协调运动，会对工装或大部件产生拉扯挤压，造成不可挽回的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多定位器空间距离实时保护方法，旨在解决上述问题。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种多定位器空间距离实时保护方法，其特征在于，别计算各个工装球头球心点之间距离以及各定位器球窝中心点之间的实时距离，并计算两者之间的偏差值β；允许偏差阈值为γ，当β值超出允许值γ，触发保护。

为了更好地实现本发明，进一步地，工装上的两侧分别设置有定位器POGO1与定位器POGO3、定位器POGO2与定位器POGO4，并建立装配坐标系。

为了更好地实现本发明，进一步地，以高精度激光跟踪仪为测量仪器，以定位器POGO1的机床坐标系P1为基准，建立参考坐标系P0，所述定位器POGO2、定位器POGO3、定位器POGO4的机床坐标系P2、P3、P4都相对P0建立。

为了更好地实现本发明，进一步地，通过拟合工装球头PQ1-工装球头PQ4的点在空间中的相对位置关系，计算出在装配坐标系下，定义工装球头能够入位到定位器球窝中心点的位置为上架位置。

为了更好地实现本发明，进一步地，测量工装上各个工装球头中心点位置，

P_Q1(x_q1，y_q1，z_q1)、P_Q2(x_q2，y_q2，z_q2)P_Q3(x_q3，y_q3，z_q3)、P_Q4(x_q4，y_q4，z_q4)

计算各个工装球头球心点之间距离：

①空间中工装球头PQ1球心与工装球头PQ2球心之间的距离等于：

②空间中工装球头PQ1球心与工装球头PQ3球心之间的距离等于：

③空间中工装球头PQ1球心与工装球头PQ4球心之间的距离等于：

④空间中工装球头PQ2球心与工装球头PQ3球心之间的距离等于：

⑤空间中工装球头PQ2球心与工装球头PQ4球心之间的距离等于：

⑥空间中工装球头PQ3球心与工装球头PQ4球心之间的距离等于：

其中，空间距离段数组合方式有C(m，n)种，有效的距离段C(4，2)＝6种。

为了更好地实现本发明，进一步地，在工装上架调姿时，计算各个定位器球窝中心点位置在装配坐标系中的实时位置，

P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)、P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)、P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)、P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)

计算各定位器球窝中心点之间的实时距离：

在工装上架调姿时，计算各定位器球窝中心点之间的实时距离：

①空间球窝1和球窝2中心点之间的距离等于：

②空间球窝1和球窝3中心点之间的距离等于：

③空间球窝1和球窝4中心点之间的距离等于：

④空间球窝2和球窝3中心点之间的距离等于：

⑤空间球窝2和球窝4中心点之间的距离等于：

⑥空间球窝3和球窝4中心点之间的距离等于：

其中，空间距离段数组合方式有C(m，n)种，有效的距离段C(4，2)＝6种。

为了更好地实现本发明，进一步地，在上架位置，使用高精度激光跟踪仪测量各个定位器球窝中心点在装配坐标系下的位置：

P_a1(x_a1，y_a1，z_a1)、P_a2(x_a2，y_a2，z_a2)、P_a3(x_a3，y_a3，z_a3)、P_a4(x_a4，y_a4，z_a4)

在上架位置，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺的轴位置：

P_b1(x_b1，y_b1，z_b1)、P_b2(x_b2，y_b2，z_b2)、P_b3(x_b3，y_b3，z_b3)、P_b4(x_b4，y_b4，z_b4)

在工装上架调姿时，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺的轴位置值：

P_c1(x_c1，y_c1，z_c1)、P_c2(x_c2，y_c2，z_c2)、P_c3(x_c3，y_c3，z_c3)、P_c4(x_c4，y_c4，z_c4)

计算定位器在上架位置时，各个定位器轴在机床坐标系下的位置值和各个定位器球窝在装配坐标系下位置值之间的偏差：

定位器POGO1机床坐标系的位置值与定位器球窝1在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P1(δ_P1-x，δ_P1-y，δ_P1-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P1_x}＝x_a1-x_b1

δ_{P1_y}＝y_a1-y_b1

δ_{P1_z}＝z_a1-z_b1

定位器POGO2机床坐标系的位置值与定位器球窝2在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P2(δ_P2-x，δ_P2-y，δ_P2-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P2_x}＝x_a2-x_b2

δ_{P2_y}＝y_a2-y_b2

δ_{P2_z}＝z_a2-z_b2

定位器POGO3机床坐标系的位置值与定位器球窝3在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P3(δ_P3-x，δ_P3-y，δ_P3-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P3_x}＝x_a3-x_b3

δ_{P3_y}＝y_a3-y_b3

δ_{P3_z}＝z_a3-z_b3

定位器POGO4机床坐标系的位置值与定位器球窝4在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P4(δ_P4-x，δ_P4-y，δ_P4-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P4_x}＝x_a4-x_b4

δ_{P4_y}＝y_a4-y_b4

δ_{P4_z}＝z_a4-z_b4

则有：

定位器POGO1球窝1中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d1＝x_c1+δ_{P1_x}

y_d1＝y_c1+δ_{P1_y}

z_d1＝z_c1+δ_{P1_z}

定位器POGO2球窝2中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d2＝x_c2+δ_{P2_x}

y_d2＝y_c2+δ_{P2_y}

z_d2＝z_c2+δ_{P2_z}

定位器POGO3球窝3中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d3＝x_c3+δ_{P3_x}

y_d3＝y_c3+δ_{P3_y}

z_d3＝z_c3+δ_{P3_z}

定位器POGO4球窝4中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d4＝x_c4+δ_{P4_x}

y_d4＝y_c4+δ_{P4_y}

z_d4＝z_c4+δ_{P4_z}

进而计算得到各定位器球窝中心点之间的实时距离。

为了更好地实现本发明，进一步地，采用设备测量系统进行保护，所述设备测量系统包括依次连接的工控计算机、运动控制器、驱动器、光栅尺。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过控制工装球头球心点之间距离以与各定位器球窝中心点之间的实时距离之间的偏差值β实现对工装或大部件的保护，具体较好的实用性。

(2)本方法投资小，利用现有设备测量系统中光栅尺检测实时位置，不需要追加额外硬件投入；安全可靠，不依赖工控计算机发送的轨迹数据，不受定位器由于机械精度差、部件损坏等引起运动故障的影响；实时性好，由于利用了设备自身的光栅尺检测，位置读取速度取决于运动控制器的系统内部时钟周期，响应速度快；通用性强，该方法不受运动控制器种类、定位器数量、空间布局、定位器之间的跨度等影响。

附图说明

图1为本发明的硬件连接示意图；

图2为工装球头球心位置测量示意图；

图3为工装球头球心位置测量原理图；

图4为定位器球窝中心位置测量示意图；

图5为定位器球窝中心位置测量原理图；

图6为工装上架调姿示意图。

其中：1.工控计算机；2.运动控制器；3.光栅尺；4.电机；5.驱动器；6.激光跟踪仪；7.工装球头PQ1；8.工装球头PQ2；9.工装球头PQ3；10.工装球头PQ4；11.工装；12.定位器POGO1；13.定位器POGO2；14.定位器POGO3；15.定位器POGO4；16.球窝1；17.球窝2；18.球窝3；19.球窝4。

具体实施方式

实施例1：

一种多定位器空间距离实时保护方法，分别计算各个工装球头球心点之间距离以及各定位器球窝中心点之间的实时距离，并计算两者之间的偏差值β；允许偏差阈值为γ，当β值超出允许值γ，触发保护。本发明通过控制工装球头球心点之间距离以与各定位器球窝中心点之间的实时距离之间的偏差值β实现对工装11或大部件的保护，具体较好的实用性。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，在工装11上架调姿时，计算各个定位器球窝中心点位置在装配坐标系中的实时位置，

P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)、P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)、P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)、P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)

计算各定位器球窝中心点之间的实时距离：

在工装11上架调姿时，计算各定位器球窝中心点之间的实时距离：

①空间球窝116和球窝217中心点之间的距离等于：

②空间球窝116和球窝318中心点之间的距离等于：

③空间球窝116和球窝419中心点之间的距离等于：

④空间球窝217和球窝318中心点之间的距离等于：

⑤空间球窝217和球窝419中心点之间的距离等于：

⑥空间球窝318和球窝419中心点之间的距离等于：

其中，空间距离段数组合方式有C(m，n)种，有效的距离段C(4，2)＝6种。

进一步的，在上架位置，使用高精度激光跟踪仪6测量各个定位器球窝中心点在装配坐标系下的位置：

P_a1(x_a1，y_a1，z_a1)、P_a2(x_a2，y_a2，z_a2)、P_a3(x_a3，y_a3，z_a3)、P_a4(x_a4，y_a4，z_a4)

在上架位置，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置：

P_b1(x_b1，y_b1，z_b1)、P_b2(x_b2，y_b2，z_b2)、P_b3(x_b3，y_b3，z_b3)、P_b4(x_b4，y_b4，z_b4)

在工装11上架调姿时，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值：

P_c1(x_c1，y_c1，z_c1)、P_c2(x_c2，y_c2，z_c2)、P_c3(x_c3，y_c3，z_c3)、P_c4(x_c4，y_c4，z_c4)

计算定位器在上架位置时，各个定位器轴在机床坐标系下的位置值和各个定位器球窝在装配坐标系下位置值之间的偏差：

定位器POGO112机床坐标系的位置值与定位器球窝116在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P1(δ_P1-x，δ_P1-y，δ_P1-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P1_x}＝x_a1-x_b1

δ_{P1_y}＝y_a1-y_b1

δ_{P1_z}＝z_a1-z_b1

定位器POGO213机床坐标系的位置值与定位器球窝217在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P2(δ_P2-x，δ_P2-y，δ_P2-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P2_x}＝x_a2-x_b2

δ_{P2_y}＝y_a2-y_b2

δ_{P2_z}＝z_a2-z_b2

定位器POGO314机床坐标系的位置值与定位器球窝318在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P3(δ_P3-x，δ_P3-y，δ_P3-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P3_x}＝x_a3-x_b3

δ_{P3_y}＝y_a3-y_b3

δ_{P3_z}＝z_a3-z_b3

定位器POGO415机床坐标系的位置值与定位器球窝419在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P4(δ_P4-x，δ_P4-y，δ_P4-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P4_x}＝x_a4-x_b4

δ_{P4_y}＝y_a4-y_b4

δ_{P4_z}＝za₄-z_b4

则有：

定位器POGO112球窝116中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d1＝x_c1+δ_{P1_x}

y_d1＝y_c1+δ_{P1_y}

z_d1＝z_c1+δ_{P1_z}

定位器POGO213球窝217中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d2＝x_c2+δ_{P2_x}

y_d2＝y_c2+δ_{P2_y}

z_d2＝z_c2+δ_{P2_z}

定位器POGO314球窝318中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d3＝x_c3+δ_{P3_x}

y_d3＝y_c3+δ_{P3_y}

z_d3＝z_c3+δ_{P3_z}

定位器POGO415球窝419中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d4＝x_c4+δ_{P4_x}

y_d4＝y_c4+δ_{P4_y}

z_d4＝z_c4+δ_{P4_z}

进而计算得到各定位器球窝中心点之间的实时距离。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，工装11上的两侧分别设置有定位器POGO112与定位器POGO314、定位器POGO213与定位器POGO415，并建立装配坐标系。以高精度激光跟踪仪6为测量仪器，以定位器POGO112的机床坐标系P1为基准，建立参考坐标系P0，所述定位器POGO213、定位器POGO314、定位器POGO415的机床坐标系P2、P3、P4都相对P0建立。

进一步地，通过拟合工装球头PQ17-工装球头PQ410的点在空间中的相对位置关系，计算出在装配坐标系下，定义工装球头能够入位到定位器球窝中心点的位置为上架位置。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例是在实施例1-3任一个的基础上进行优化，如图1所示，采用设备测量系统进行保护，所述设备测量系统包括依次连接的工控计算机1、运动控制器2、驱动器5、光栅尺3，所示驱动器5与电机4连接。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一个相同，故不再赘述。

实施例5：

一种多定位器空间距离实时保护方法，如图1-图6所示，建立坐标系；测量工装11上各个工装球头中心点位置。定义上架位置。在上架位置，使用高精度激光跟踪仪6，测量各个定位器球窝中心点在装配坐标系下的位置值。在上架位置，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值。在工装11上架调姿时，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值。测量数据分析处理。触发保护。

具体包含以下步骤：

步骤一、建立坐标系

如图5所示,以高精度激光跟踪仪6为测量仪器，以定位器POGO112机床坐标系P1为基准，建立参考坐标系P0，定位器POGO213、定位器POGO314、定位器POGO415机床坐标系P2、P3、P4都相对P0建立。

步骤二、测量工装11上各个工装球头中心点位置。

如图2所示，将工装11放置在一个固定不动的位置，以高精度激光跟踪仪6为测量仪器，测量工装11上各个工装球头中心点在测量坐标系中的值，如图3所示，分别为：

P_Q1(x_q1,y_q1，z_q1)、P_Q2(x_q2，y_q2，z_q2)P_Q3(x_q3，y_q3，z_q3)、P_Q4(x_q4，y_q4，z_q4)

步骤三、定义上架位置

通过拟合PQ1、PQ2、PQ3、PQ4点在空间中的相对位置关系，计算出其在装配坐标系下，工装球头能够入位到定位器球窝中心点的位置，将此位置定义为上架位置。

步骤四、在上架位置，使用高精度激光跟踪仪6，测量各个定位器球窝中心点在装配坐标系下的位置值。

计算出各个定位器上架位置所对应机床坐标系下的移动量，通过控制电机4，将定位器移动至上架位置，如图4所示，以高精度激光跟踪仪6为测量仪器，测量各个定位器球窝中心点在装配坐标系下的位置，如图5所示，分别为：

p_a1(x_a1，y_a1，z_a1)、P_a2(x_a2，y_a2，z_a2)、P_a3(x_a3，y_a3，z_a3)、P_a4(xa₄，y_a4，z_a4)

步骤五、在上架位置，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值。

通过控制电机4，将定位器移动至上架位置，如图4所示，通过运动控制器2，读取各定位器各运动轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值。如图5所示，分别为：

P_b1(x_b1，y_b1，z_b1)、P_b2(x_b2，y_b2，z_b2)、P_b3(x_b3，y_b3，z_b3)、P_b4(x_b4，y_b4，z_b4)

步骤六、在工装11上架调姿时，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值。

在工装11上架调姿时，如图6所示，通过各定位器的运动控制器2，读取各定位器各运动轴在当前机床坐标系下光栅尺3的轴位置值。如图5所示，分别为：

P_c1(x_c1，y_c1，z_c1)、P_c2(x_c2，y_c2，z_c2)、P_c3(x_c3，y_c3，z_c3)、P_c4(x_c4，y_c4，z_c4)

步骤七、测量数据分析处理。

步骤八、触发系统保护：

定义工装球头之间距离和定位器球窝之间距离两者之间的允许偏差值为γ，当前偏差值为β，当β值超出允许值γ，通过运动控制器2，触发保护。

步骤七中所述测量数据分析处理如下：

、计算各个工装球头球心点之间距离

根据空间点的分布，其空间距离段数组合方式有C(m，n)种，本图中4个点，有效的距离段C(4，2)＝6种，如图3所示，分别为：

①空间中工装球头PQ17球心与工装球头PQ28球心之间的距离等于：

②空间中工装球头PQ17球心与工装球头PQ39球心之间的距离等于：

③空间中工装球头PQ17球心与工装球头PQ410球心之间的距离等于：

④空间中工装球头PQ28球心与工装球头PQ39球心之间的距离等于：

⑤空间中工装球头PQ28球心与工装球头PQ410球心之间的距离等于：

⑥空间中工装球头PQ39球心与工装球头PQ410球心之间的距离等于：

(2)、计算定位器在上架位置时，各个定位器轴在机床坐标系下的位置值和各个定位器球窝在装配坐标系下位置值之间的偏差：

①定位器POGO112机床坐标系的位置值与定位器球窝116在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P1(δ_P1-x，δ_P1-y，δ_P1-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P1_x}＝x_a1-x_b1

δ_{P1_y}＝y_a1-y_b1

δ_{P1_z}＝z_a1-z_b1

②定位器POGO213机床坐标系的位置值与定位器球窝217在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P2(δ_P2-x，δ_P2-y，δ_P2-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P2_x}＝x_a2-x_b2

δ_{P2_y}＝y_a2-y_b2

δ_{P2_z}＝z_a2-z_b2

③定位器POGO314机床坐标系的位置值与定位器球窝318在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P3(δ_P3-x，δ_P3-y，δ_P3-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P3_x}＝x_a3-x_b3

δ_{P3_y}＝y_a3-y_b3

δ_{P3_z}＝z_a3-z_b3

④定位器POGO415机床坐标系的位置值与定位器球窝419在装配坐标系位置值之间的偏差值为δ_P4(δ_P4-x，δ_P4-y，δ_P4-z)，其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P4_x}＝x_a4-x_b4

δ_{P4_y}＝y_a4-y_b4

δ_{P4_z}＝z_a4-z_b4

(3)在工装11上架调姿时，计算各个定位器球窝中心点位置在装配坐标系中的实时位置值，如图5所示：

①定位器POGO112球窝116中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d1＝x_c1+δ_{P1_x}

y_d1＝y_c1+δ_{P1_y}

z_d1＝z_c1+δ_{P1_z}

②定位器POGO213球窝217中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d2＝x_c2+δ_{P2_x}

y_d2＝y_c2+δ_{P2_y}

z_d2＝z_c2+δ_{P2_z}

③定位器POGO314球窝318中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d3＝x_c3+δ_{P3_x}

y_d3＝y_c3+δ_{P3_y}

z_d3＝z_c3+δ_{P3_z}

④定位器POGO415球窝419中心点位置在装配坐标系中的实时位置值P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d4＝x_c4+δ_{P4_x}

y_d4＝y_c4+δ_{P4_y}

z_d4＝z_c4+δ_{P4_z}

(4)图6所示，在工装11上架调姿时，计算各定位器球窝中心点之间的实时距离

根据空间点的分布，其空间距离段数组合方式有C(m，n)种，本次以图中4个点，有效的距离段C(4，2)＝6种，如图5所示，分别为：

①空间球窝116和球窝217中心点之间的距离等于：

②空间球窝116和球窝318中心点之间的距离等于：

③空间球窝116和球窝419中心点之间的距离等于：

④空间球窝217和球窝318中心点之间的距离等于：

⑤空间球窝217和球窝419中心点之间的距离等于：

⑥空间球窝318和球窝419中心点之间的距离等于：

(5)计算工装球头中心点距离与定位器球窝中心点实时距离之间的差值：

①工装球头PQ17与工装球头PQ28中心点之间的距离与定位器球窝116与球窝217中心点实时距离之间的差值：

β_P12＝|P_Q1P_Q2-P_d1Pd₂|

②工装球头PQ17与工装球头PQ39中心点之间的距离与定位器球窝116与球窝318中心点实时距离之间的差值：

β_P13＝|P_Q1P_Q3-P_d1P_d3|

③工装球头PQ17与工装球头PQ410中心点之间的距离与定位器球窝116与球窝419中心点实时距离之间的差值：

β_P14＝|P_Q1P_Q4-P_d1P_d4|

④工装球头PQ28与工装球头PQ39中心点之间的距离与定位器球窝217与球窝318中心点实时距离之间的差值：

β_P23＝|P_Q2P_Q3-P_d2P_d3|

⑤工装球头PQ28与工装球头PQ410中心点之间的距离与定位器球窝217与球窝419中心点实时距离之间的差值：

β_P24＝|P_Q2P_Q4-P_d2P_d4|

⑥工装球头PQ39与工装球头PQ410中心点之间的距离与定位器球窝318与球窝419中心点实时距离之间的差值：

β_P34＝|P_Q3P_Q4-P_d3P_d4|

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多定位器空间距离实时保护方法，其特征在于，分别计算各个工装球头球心点之间距离以及各定位器球窝中心点之间的实时距离，并计算两者之间的偏差值β；允许偏差阈值为γ，当β值超出允许值γ，触发保护；

工装上的两侧分别设置有定位器POGO1与定位器POGO3、定位器POGO2与定位器POGO4，并建立装配坐标系P0；

通过拟合工装球头PQ1至工装球头PQ4的点在空间中的相对位置关系，计算出在装配坐标系P0下，定义工装球头能够入位到定位器球窝中心点的位置为上架位置；

在上架位置，使用高精度激光跟踪仪测量各个定位器球窝中心点在装配坐标系P0下的位置：

P_a1(x_a1，y_a1，z_a1)、P_a2(x_a2，y_a2，z_a2)、P_a3(x_a3，y_a3，z_a3)、P_a4(x_a4，y_a4，z_a4)

在上架位置，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺的轴位置：

P_b1(x_b1，y_b1，z_b1)、P_b2(x_b2，y_b2，z_b2)、P_b3(x_b3，y_b3，z_b3)、P_b4(x_b4，y_b4，z_b4)

在工装上架调姿时，读取各定位器轴在当前机床坐标系下光栅尺的轴位置值：

P_c1(x_c1，y_c1，z_c1)、P_c2(x_c2，y_c2，z_c2)、P_c3(x_c3，y_c3，z_c3)、P_c4(x_c4，y_c4，z_c4)

计算定位器在上架位置时，各个定位器轴在机床坐标系下的位置值和各个定位器球窝在装配坐标系P0下位置值之间的偏差：

定位器POGO1机床坐标系的位置值与定位器球窝1在装配坐标系P0位置值之间的偏差值为

其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P1_x}＝x_a1-x_b1

δ_{P1_y}＝y_a1-y_b1

δ_{P1_z}＝z_a1-z_b1

定位器POGO2机床坐标系的位置值与定位器球窝2在装配坐标系P0位置值之间的偏差值为

其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P2_x}＝x_a2-x_b2

δ_{P2_y}＝y_a2-y_b2

δ_{P2_z}＝z_a2-z_b2

定位器POGO3机床坐标系的位置值与定位器球窝3在装配坐标系P0位置值之间的偏差值为

其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P3_x}＝x_a3-x_b3

δ_{P3_y}＝y_a3-y_b3

δ_{P3_z}＝z_a3-z_b3

定位器POGO4机床坐标系的位置值与定位器球窝4在装配坐标系P0位置值之间的偏差值为

其中x、y、z轴位置偏差分别为：

δ_{P4_x}＝x_a4-x_b4

δ_{P4_y}＝y_a4-y_b4

δ_{P4_z}＝z_a4-z_b4

则有：

定位器POGO1球窝1中心点位置在装配坐标系P0中的实时位置值P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d1＝x_c1+δ_{P1_x}

y_d1＝y_c1+δ_{P1_y}

z_d1＝z_c1+δ_{P1_z}

定位器POGO2球窝2中心点位置在装配坐标系P0中的实时位置值P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d2＝x_c2+δ_{P2_x}

y_d2＝y_c2+δ_{P2_y}

z_d2＝z_c2+δ_{P2_z}

定位器POGO3球窝3中心点位置在装配坐标系P0中的实时位置值P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d3＝x_c3+δ_{P3_x}

y_d3＝y_c3+δ_{P3_y}

z_d3＝z_c3+δ_{P3_z}

定位器POGO4球窝4中心点位置在装配坐标系P0中的实时位置值P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)，其中x、y、z轴对应的位置偏差分别为：

x_d4＝x_c4+δ_{P4_x}

y_d4＝y_c4+δ_{P4_y}

z_d4＝z_c4+δ_{P4_z}

进而计算得到各定位器球窝中心点之间的实时距离；

在工装上架调姿时，计算各个定位器球窝中心点位置在装配坐标系P0中的实时位置，

P_d1(x_d1，y_d1，z_d1)、P_d2(x_d2，y_d2，z_d2)、P_d3(x_d3，y_d3，z_d3)、P_d4(x_d4，y_d4，z_d4)

计算各定位器球窝中心点之间的实时距离：

在工装上架调姿时，计算各定位器球窝中心点之间的实时距离：

①空间球窝1和球窝2中心点之间的距离等于：

②空间球窝1和球窝3中心点之间的距离等于：

③空间球窝1和球窝4中心点之间的距离等于：

④空间球窝2和球窝3中心点之间的距离等于：

⑤空间球窝2和球窝4中心点之间的距离等于：

⑥空间球窝3和球窝4中心点之间的距离等于：

其中，空间距离段数组合方式有C(m，n)种，有效的距离段C(4，2)＝6种。

2.根据权利要求1所述的一种多定位器空间距离实时保护方法，其特征在于，以高精度激光跟踪仪为测量仪器，以定位器POGO1的机床坐标系P1为基准，建立装配坐标系P0，所述定位器POGO2、定位器POGO3、定位器POGO4的机床坐标系P2、P3、P4都相对P0建立。

3.根据权利要求2所述的一种多定位器空间距离实时保护方法，其特征在于，测量工装上各个工装球头中心点位置，

P_Q1(x_q1，y_q1，z_q1)、P_Q2(x_q2，y_q2，z_q2)P_Q3(x_q3，y_q3，z_q3)、P_Q4(x_q4，y_q4，z_q4)

计算各个工装球头球心点之间距离：

①空间中工装球头PQ1球心与工装球头PQ2球心之间的距离等于：

②空间中工装球头PQ1球心与工装球头PQ3球心之间的距离等于：

③空间中工装球头PQ1球心与工装球头PQ4球心之间的距离等于：

④空间中工装球头PQ2球心与工装球头PQ3球心之间的距离等于：

⑤空间中工装球头PQ2球心与工装球头PQ4球心之间的距离等于：

⑥空间中工装球头PQ3球心与工装球头PQ4球心之间的距离等于：

其中，空间距离段数组合方式有C(m，n)种，有效的距离段C(4，2)＝6种。

4.根据权利要求1所述的一种多定位器空间距离实时保护方法，其特征在于，采用设备测量系统进行保护，所述设备测量系统包括依次连接的工控计算机、运动控制器、驱动器、光栅尺。

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