CN112595280B - 一种成角度复杂面形测量方法 - Google Patents

一种成角度复杂面形测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112595280B
CN112595280B CN202011514536.7A CN202011514536A CN112595280B CN 112595280 B CN112595280 B CN 112595280B CN 202011514536 A CN202011514536 A CN 202011514536A CN 112595280 B CN112595280 B CN 112595280B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measured
measuring
workpiece
ideal
axes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011514536.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112595280A (zh
Inventor
冀世军
李静宗
赵继
巴宏伟
胡志清
贺秋伟
代汉达
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202011514536.7A priority Critical patent/CN112595280B/zh
Publication of CN112595280A publication Critical patent/CN112595280A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112595280B publication Critical patent/CN112595280B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种成角度复杂面形测量方法，使用接触式三坐标测量装置，通过接触式测头测量安装在机床转台上的待测工件的面型精度：以接触式三坐标测量装置的三轴中心轴线交点为原点、过原点与三轴分别平行的轴线，建立理想空间直角坐标系，并测量三轴的垂直度误差，待测工件所处的实际直角坐标系为；获取待测工件上某一面测量点在理想坐标下的坐标集合；第i次测量时，将待测工件绕Z轴转动一定角度，并测出此时测量点随待测工件转动实际位置与理想位置的位移偏差和角度偏差；再将待测工件绕Y轴转动一定角度，并测出此时转动实际位置与理想位置的位移偏差和角度偏差；将此时待测工件的实际坐标转换为初始理想坐标系下的坐标，测得所测面形。

Description

一种成角度复杂面形测量方法
技术领域
本发明涉及一种成角度复杂面形测量方法，具体涉及一种复杂面面形测量方法。
背景技术
复杂面形测量在现有测量方法中使用非常广泛，比如自由曲面的加工与精度检测中，加工质量对系统性能会产生直接影响。随着科技的发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，具有复杂曲面的产品越来越多，广泛应用于模具、工具、能源、交通、航空航天、航海等领域。许多边缘学科、高科技产品领域对产品涉及的曲面造型有很高的精度要求，以达到某些数学特征的高精度为目的；现代社会中，人们在注重产品功能的同时，对产品的外观造型提出了越来越高的要求，以追求美学效果或功能要求为目的。因此，进一步提高复杂曲面的设计和加工水平成了国内外竞相研究的焦点。生产中对物体的三维信息的需求也越来越大，快速精确地获取产品的三维几何尺寸和外形对推动制造业的发展至关重要。
现有测量方法每次只能测量一个面的面形精度，所以测量成角度复杂面形物体时需要多次安装，导致测量效率低，并且多次安装会产生一些不可测的误差，无法保证测量精度的计算、测量误差大，对于现存的测量方法，存在较大的缺陷和漏洞，对所测量的复杂曲面无法确切保证精度。
发明内容
本发明针对现有复杂面形测量方法中需多次安装，且误差及精度不足等缺点，提出了一种成角度复杂面形测量方法，为减少安装次数采用可旋转的转台即可测量复杂面形，提高效率，并且避免了多次安装产生的不可测量的误差。
本发明为解决以上所述问题所采取的技术方案是：
一种成角度复杂面形测量方法，该方法使用接触式三坐标测量装置，通过接触式测头测量安装在机床转台上的待测工件的面型精度，包括以下步骤：
步骤一、以接触式三坐标测量装置的三轴中心轴线交点为原点、过原点与三轴分别平行的轴线，建立理想空间直角坐标系(OXYZ)，并测量三轴的垂直度误差，待测工件所处的实际直角坐标系为(OX′Y′Z′)；待测工件的实际三轴位置与理想坐标系平面不重合，X′、Y′、Z′轴与YOZ平面的夹角分别记为α1、α2、α3，X′、Y′、Z′轴与XOZ平面的夹角分别记β1、β2、β3，X′、Y′、Z′轴与XOY平面的夹角分别记为γ1、γ2、γ3，此时待测工件上任意测量点的坐标记为(xc,yc,zc)；
步骤二、获取待测工件上某一面测量点的坐标集合，在理想坐标系(OXYZ)下记为(xi1,yi1,zi1)；
步骤三、第i(i≥1)次测量时，将待测工件绕Z轴转动一定角度γi，此时测量点的坐标集合记为(xi1,yi1,zi1)，并测出此时测量点随待测工件转动实际位置与理想位置的位移偏差Δxi、Δyi、Δzi和角度偏差Δαi、Δβi、Δγi；
步骤四、再将待测工件绕Y轴转动一定角度，第j次转动Y轴角度记为βj，此时测量点的坐标集合记为(xij1,yij1,zij1)，并测出此时转动实际位置与理想位置的位移偏差Δxij、Δyij、Δzij和角度偏差Δαij、Δβij、Δγij；
步骤五、将此时待测工件的实际坐标转换为初始理想坐标系下的坐标，测得所测面形。
进一步地，所述步骤一中，待测工件上任意测量点在理想坐标系下的坐标(xi1,yi1,zi1)为：
Figure BDA0002847331400000021
进一步地，所述步骤三中，第i次将三棱柱绕Z轴转动γi角，由实际位置转换为理想位置需要分别沿X、Y、Z轴平移Δxi、Δyi、Δzi位移偏差，再依次绕Z、Y、X轴转动Δγi、Δβi、Δαi角度偏差；
其中，沿X、Y、Z轴平移Δxi、Δyi、Δzi位移偏差的计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000031
绕Z、Y、X轴转动Δγi、Δβi、Δαi角度偏差的计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000032
Figure BDA0002847331400000033
进一步地，所述步骤五将此时待测工件的实际坐标转换为初始理想坐标系下的坐标的转换公式为：
Figure BDA0002847331400000034
Figure BDA0002847331400000035
附图说明
图1是测量初始位置安装图；
图2是测量时转动Z轴位置变化示意图；
图3是导轨垂直度引起的误差示意图；
图4是求解转动Z轴后位置误差示意图；
图5是测量时转动Z轴、Y轴位置变化示意图；
图6是求解转动Z轴、Y轴后位置误差示意图；
图7是本发明一种成角度复杂面形测量方法流程图；
图中：
1-接触式测头；2-待测工件(三棱柱)；3-待测工作台；4-机床转台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。但应当理解，此处的实例讲解仅仅用以更详细的对本发明进行说明，并不用于限定本发明。
为了更好的对本发明一种成角度复杂面形测量方法进行讲解，以三棱柱面测量为实例，对误差预测求解过程进行详细的介绍，但应理解的是本发明并不局限于此。
实施例
一种成角度复杂面形测量方法，该方法使用接触式三坐标测量装置，如图1所示，通过接触式测头1测量安装在机床转台4上的三棱柱2的面型精度，包括以下步骤：
步骤一、以接触式三坐标测量装置的三轴中心轴线交点为原点、过原点与三轴分别平行的轴线，建立理想空间直角坐标系(OXYZ)，并测量三轴的垂直度误差，待测工件所处的实际直角坐标系为(OX′Y′Z′)。
三棱柱的实际三轴位置与理想坐标系平面不重合，如图1所示，α1、α2、α3分别为X′、Y′、Z′轴与YOZ平面的夹角，β1、β2、β3分别为X′、Y′、Z′轴与XOZ平面的夹角，γ1、γ2、γ3分别为X′、Y′、Z′轴与XOY平面的夹角，此时三棱柱上任意测量点的坐标记为(xc,yc,zc)；
由此得到测量点在理想坐标系下的坐标(xi1,yi1,zi1)：
Figure BDA0002847331400000041
步骤二、获取三棱柱某一面测量点的坐标集合，在理想坐标系(OXYZ)下记为(xi1,yi1,zi1)；如图2中实线位置。
步骤三、第i(i≥1)次测量时，将三棱柱绕Z轴转动γi角度，此时测量点的坐标集合记为(xi1,yi1,zi1)，并测出此时测量点随三棱柱转动实际位置与理想位置的位移偏差Δxi、Δyi、Δzi和角度偏差Δαi、Δβi、Δγi。对应图2、图4。
步骤四、再绕Y轴将三棱柱转动一定角度，第j次转动Y轴角度记为βj，此时测量点的坐标集合记为(xij1,yij1,zij1)，并测出此时转动实际位置与理想位置的位移偏差Δxij、Δyij、Δzij和角度偏差Δαij、Δβij、Δγij。对应图5、图6。
步骤五、通过推导公式最后转换为初始理想坐标系下的坐标，测得所测面形。
进一步地，所述步骤(3)中，第i次将三棱柱绕Z轴转动γi角，由实际位置转换为理想位置需要分别沿X、Y、Z轴平移Δxi、Δyi、Δzi，再依次绕Z、Y、X轴转动Δγi、Δβi、Δαi角。
其中，沿X、Y、Z轴平移Δxi、Δyi、Δzi计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000051
绕Z、Y、X轴转动Δγi、Δβi、Δαi角计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000052
进一步地，所述步骤(5)中，把所测得坐标转换为初始理想位置坐标系下坐标，其中，转化为初始理想位置坐标系下坐标分两种情况，计算公式如下：
①三棱柱只转动Z轴时计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000053
②先转动Z轴再转动Y轴时计算公式如下：
沿X、Y、Z轴平移Δxij、Δyij、Δzij计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000061
绕Z、Y、X轴转动Δγij、Δβij、Δαij角计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000062
再转化为初始理想位置坐标，计算公式如下：
Figure BDA0002847331400000063
通过求解即可得出相应点在初始位置处点的坐标。
本领域的技术人员容易理解，以上实例仅为更详细对本发明进行讲解，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种成角度复杂面形测量方法，其特征在于，该方法使用接触式三坐标测量装置，通过接触式测头测量安装在机床转台上的待测工件的面型精度，包括以下步骤：
步骤一、以接触式三坐标测量装置的三轴中心轴线交点为原点、过原点与三轴分别平行的轴线，建立理想空间直角坐标系OXYZ，并测量三轴的垂直度误差，待测工件所处的实际直角坐标系为OX′Y′Z′；待测工件的实际三轴位置与理想坐标系平面不重合，X′、Y′、Z′轴与YOZ平面的夹角分别记为αa、αb、αc，X′、Y′、Z′轴与XOZ平面的夹角分别记βa、βb、βc，X′、Y′、Z′轴与XOY平面的夹角分别记为γa、γb、γc，此时待测工件上任意测量点的坐标记为xc,yc,zc；
步骤二、获取待测工件上某一面测量点的坐标集合，在理想坐标系OXYZ下记为(x00,y00,z00)；
步骤三、第i，i≥1次测量时，将待测工件绕Z轴转动一定角度γi，此时测量点的坐标集合记为xi1,yi1,zi1，并测出此时测量点随待测工件转动实际位置与理想位置的位移偏差Δxi、Δyi、Δzi和角度偏差Δαi、Δβi、Δγi；
所述步骤三中，第i次将三棱柱绕Z轴转动γi角，由实际位置转换为理想位置需要分别沿X、Y、Z轴平移Δxi、Δyi、Δzi位移偏差，再依次绕Z、Y、X轴转动Δγi、Δβi、Δαi角度偏差；
其中，沿X、Y、Z轴平移Δxi、Δyi、Δzi位移偏差的计算公式如下：
Figure FDA0003398647270000011
绕Z、Y、X轴转动Δγi、Δβi、Δαi角度偏差的计算公式如下：
Figure FDA0003398647270000012
步骤四、再将待测工件绕Y轴转动一定角度，第j次转动Y轴角度记为βij，此时测量点的坐标集合记为xij1,yij1,zij1，并测出此时转动实际位置与理想位置的位移偏差Δxij、Δyij、Δzij和角度偏差Δαij、Δβij、Δγij；
步骤五、将此时待测工件的实际坐标转换为初始理想坐标系下的坐标，测得所测面形：将此时待测工件的实际坐标转换为初始理想坐标系下的坐标的转换公式为：
Figure FDA0003398647270000021
。
2.如权利要求1所述的一种成角度复杂面形测量方法，其特征在于，所述步骤一中，待测工件上任意测量点在理想坐标系下的坐标(x00,y00,z00)为：
Figure FDA0003398647270000022
。
CN202011514536.7A 2020-12-21 2020-12-21 一种成角度复杂面形测量方法 Active CN112595280B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011514536.7A CN112595280B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种成角度复杂面形测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011514536.7A CN112595280B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种成角度复杂面形测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112595280A CN112595280A (zh) 2021-04-02
CN112595280B true CN112595280B (zh) 2022-02-01

Family

ID=75199568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011514536.7A Active CN112595280B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种成角度复杂面形测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112595280B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113237425B (zh) * 2021-05-12 2022-07-12 合肥工业大学 单摄像头辅助坐标测量机测量微小工件的自动引导方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2807199Y (zh) * 2005-02-25 2006-08-16 中国海洋大学 回转式扫描测量仪
DE102007019950A1 (de) * 2007-04-27 2008-11-06 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Ermitteln von Form- und/oder Lageabweichungen von Schaufelprofilen von Integralrotoren einer Gasturbine
CN101586946A (zh) * 2009-05-22 2009-11-25 华南理工大学 一种逆向测量立体视角切换方法及立体视角切换装置
CN103105152A (zh) * 2013-01-10 2013-05-15 西安交通大学 一种基于齿轮加工仿真模型的齿轮加工表面形貌分析方法
CN103148827A (zh) * 2013-03-08 2013-06-12 北京工业大学 一种基于关节臂测量机的大齿轮测量方法
CN109489580A (zh) * 2018-12-10 2019-03-19 华东理工大学 一种复杂表面加工的在机点云检测及补偿方法
CN109584288A (zh) * 2018-12-26 2019-04-05 苏州大学 一种五轴系统中三维模型的重构方法及系统
CN110044293A (zh) * 2018-01-17 2019-07-23 深圳中科飞测科技有限公司 一种三维重构系统及三维重构方法
CN110500978A (zh) * 2019-09-25 2019-11-26 上海交通大学 点激光传感器的光束方向矢量和零点位置在线标定方法
CN111595279A (zh) * 2020-06-29 2020-08-28 易思维（杭州）科技有限公司 大型工件实际坐标系构建方法及其应用
WO2020228494A1 (zh) * 2019-05-13 2020-11-19 深圳中科飞测科技有限公司 检测设备及检测设备的工作方法
CN112082483A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 易思维（杭州）科技有限公司 仅有棱边特征物体的定位方法、应用及精度评价方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4491687B2 (ja) * 2005-04-21 2010-06-30 パルステック工業株式会社 座標変換関数の補正方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2807199Y (zh) * 2005-02-25 2006-08-16 中国海洋大学 回转式扫描测量仪
DE102007019950A1 (de) * 2007-04-27 2008-11-06 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zum Ermitteln von Form- und/oder Lageabweichungen von Schaufelprofilen von Integralrotoren einer Gasturbine
CN101586946A (zh) * 2009-05-22 2009-11-25 华南理工大学 一种逆向测量立体视角切换方法及立体视角切换装置
CN103105152A (zh) * 2013-01-10 2013-05-15 西安交通大学 一种基于齿轮加工仿真模型的齿轮加工表面形貌分析方法
CN103148827A (zh) * 2013-03-08 2013-06-12 北京工业大学 一种基于关节臂测量机的大齿轮测量方法
CN110044293A (zh) * 2018-01-17 2019-07-23 深圳中科飞测科技有限公司 一种三维重构系统及三维重构方法
CN109489580A (zh) * 2018-12-10 2019-03-19 华东理工大学 一种复杂表面加工的在机点云检测及补偿方法
CN109584288A (zh) * 2018-12-26 2019-04-05 苏州大学 一种五轴系统中三维模型的重构方法及系统
WO2020228494A1 (zh) * 2019-05-13 2020-11-19 深圳中科飞测科技有限公司 检测设备及检测设备的工作方法
CN110500978A (zh) * 2019-09-25 2019-11-26 上海交通大学 点激光传感器的光束方向矢量和零点位置在线标定方法
CN111595279A (zh) * 2020-06-29 2020-08-28 易思维（杭州）科技有限公司 大型工件实际坐标系构建方法及其应用
CN112082483A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 易思维（杭州）科技有限公司 仅有棱边特征物体的定位方法、应用及精度评价方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿;张恩忠 等;《光学精密工程》;20160630;第23卷(第6期);第1587-1597页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112595280A (zh) 2021-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chao et al. Extrinsic calibration of a laser displacement sensor in a non-contact coordinate measuring machine
Chang et al. Automatic inspection of turbine blades using a 3-axis CMM together with a 2-axis dividing head
CN111580460A (zh) 五轴机床的误差检测系统、误差检测和补偿方法
Huang et al. Identification of geometric errors of rotary axes on 5-axis machine tools by on-machine measurement
CN112325773A (zh) 一种激光位移传感器的光束方向矢量和原点位置标定方法
CN115682989A (zh) 一种涡轮叶片基于六点定位的形面测量方法
CN112595280B (zh) 一种成角度复杂面形测量方法
CN109520417A (zh) 机床几何误差及旋转台转角定位误差检定装置和方法
Guan et al. Theoretical error compensation when measuring an S-shaped test piece
Han et al. A review of geometric error modeling and error detection for CNC machine tool
Zhang et al. A new contouring error estimation for the high form accuracy of a multi-axis CNC machine tool
CN114310897B (zh) 机器人测量的位姿优化及运动光顺计算方法、系统及应用
CN115979118A (zh) 圆柱形零件垂直度误差和误差方位角的测量装置及方法
CN113359609B (zh) 五轴数控机床关键几何误差优化配比补偿方法
CN208720994U (zh) 一种机床五自由度误差测量装置
Drbul et al. Influence of normal vectors on the accuracy of product's geometrical specification
CN110977613B (zh) 基于试件自标定的五轴数控机床几何误差辨识方法
CN110132195B (zh) 叶片截面接触式扫描测量的探针测球三维半径补偿方法
JP6933603B2 (ja) 工作機械の計測能力評価方法及びプログラム
CN101498572A (zh) 凸轮二维曲线测量方法
CN113427320A (zh) 一种降低测量不确定度的多轴在机测量规划方法
Guo et al. Contact on-machine measurement probe error correction method for optical aspheric surface ultraprecision machining
CN108444433B (zh) 基于面型基准的转台转角误差检测方法
Huang et al. Adaptive positioning technology of film cooling holes in hollow turbine blades
Dassanayake et al. Simultaneous five-axis motion for identifying geometric deviations through simulation in machining centers with a double pivot head

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant