CN112729182A

CN112729182A - 三坐标测量电极中建立坐标系的方法

Info

Publication number: CN112729182A
Application number: CN202110071082.9A
Authority: CN
Inventors: 黄亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-04-30

Abstract

本发明涉及一种三坐标测量电极中建立坐标系的方法，相比行业里面电极测量的主流方法更加方便快捷。操作上更加简单，使整个测量作业更加高效。本发明以单点形式布局到电极基准台，并借助单点的独立性实现了路径的优化，而后将所有单点参与计算，共同维护出一个均衡的矩阵，最终建立出准确的坐标系。此法虽展示于电极，但完全可以推广到其他零件的测量中，助力测量事业发展。

Description

三坐标测量电极中建立坐标系的方法

技术领域

本发明涉及三坐标精密检测领域，机加工行业火花机所用的电极在三坐标上进行精密检测过程中建立坐标系的方法。

背景技术

电极在测量过程中，建立坐标系是测量的前提，而传统测量方法多是利用数模进行离线编程，在数模上采集一个面元素和四条线元素，通过构造出中线后用321法建立坐标系，此法是最原始的操作方法，几乎没有优点，缺点十分的突出，例如：

1.打手动时操作元素较多会造成效率低下；

2.打手动取面元素时，探针会围绕电极运动一周，取四条线元素时，探针围绕电极再运动一周，足足两圈的运动轨迹需要耗费大量时间才能完成，电极尺寸小时还好，遇到大一些的电极这种费时感会十分的明显；

3.软件操作从构造到坐标系的建立完成生成的代码语句很冗长且操作较为繁琐。

为了降低以上缺点所带来的影响，行业引入了Erowa夹具来进行辅助测量，Erowa夹具需要一个标准块来确定中心（原点）然后将其保存为外部坐标系，同样是利用数模进行离线编程，每次测量电极前先调用此外部坐标系，由于Erowa夹具重复性精度还是比较高，所以用标准块的中心来代表电极的中心即可展开对电极上任何元素的采集，从而实现建坐标系用的面和线自动测量采集。他的优点是：

1.电极基准面如果是等高的，设置好参数后可以实现全自动测量，几乎不需要人为干预；

2.电极基准面如果不等高，仅仅只需要人为在基准台上采一个点。

Erowa夹具的引入相对于前者来说有较大的创新，既省时也省力，但前期需要企业根据自身规模投资数万到数十万不等引进Erowa夹具，后期维护费用另算，这就造成了用Erowa夹具的企业多，没用的也有。遗憾的是他依然没能改变软件操作时从构造到坐标系的建立完成生成的代码语句很冗长且操作较为繁琐这一弊病。

总的说来行业主要是用这两种方式测量电极，但建立坐标系这一过程始终不尽人意，为了平衡利弊实现高效简洁于是研制了本发明。

发明内容

本发明是日常测量作业中不同场合所用到的不同方法，突破常规常理，排列组合后的产物。经过不断尝试与改良现已成为比较成熟的解决方案。通过对三坐标测量软件的操作转化为解决方案的测量意图，其实现功能的中心思想具有普适性和通用性，可推广到任意三坐标之中，就好比同一个零件可以用SolidWorks画也可以用Pro/E画道理一样。其实现过程为：

1.在测量软件中导入电极数模后进行离线编程；

2.在电极基准面上选取较长边，分别在边的两个端点附近各采集一个矢量方向为（0，0，1）的点，也可以用较长边与相邻边形成的交点来作参考，位置不需要很精确，但又不能偏得太远，这一步的目的是用最小代价建立一个粗坐标系；

3.设置计算机自动控制模式，设置安全平面参数等；

4.以电极的四个角为单位，每个角落采集三个点元素，基准面采集一个，两分中面各采集一个。点距离边缘不能太近，同一面上相邻两点也不能距离太近；

5.考虑到移动路径最优，操作第4步时应该选择粗坐标系完成后探针所在位置距离最近的一个角落开始。基准面长边明显长于短边时，应优先处理短边侧的角落；

6.用最佳拟合来建立坐标系，拟合方法为矢量最小二乘法，2D状态3D状态皆可成功建立坐标系。

以上过程与常规测量方式方法完全大相径庭，另辟蹊径后却又能殊途同归。既能服务行业现状，又能助力未来人工智能时代的自动编程。

附图说明

图1为建立粗坐标系所用两个点的大致位置。

图2展示基准面和分中面上点的大致分布。

图3为图2的立体效果图或将图2进一步展示。

图4为三坐标测量电极中建立坐标系的方法流程图。

具体实施方式

当电极是传统方式测量时，使用三坐标测量软件pc-dmis离线编程为例，其关键操作如下：

1.导入电极数模后，在电极基准面上较长边的两端附近分别采两个矢量方向为（0，0，1）的点，这两个点是人为确定不要求很精确也不能太偏，可参考附图说明图1，实心圆点即为点位示意

2.仅仅靠两个点的大致位置可建立一个粗坐标系，PNT1指向PNT2作为方向旋转，PNT2指向PNT1亦可，再将其中任意的一个点设置为原点，生成的测量语句为

A1=ALIGNMENT/START,RECALL:STARTUP,LIST=YES

ALIGNMENT/ROTATE_CIRCLE,XPLUS,TO,PNT1,AND, PNT2,ABOUT,ZPLUS

ALIGNMENT/TRANS,XAXIS, PNT1

ALIGNMENT/TRANS,YAXIS, PNT1

ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS, PNT1

ALIGNMENT/END

3.设置为DCC模式，配置好安全平面高度；

4.以基准台的四个角为单位，每个角采集三个点元素，基准面上采点不能太靠边缘，也不能太偏离边缘，周边有字码时需避开字码，有外观缺陷时也得避开，剩下的两分中面采点时同理，同时结合实际情况，该转测头的还得转，可参考附图说明图2和图3，实心圆点即为点位示意；

5.建立坐标系的原始数据已准备完成，为了适应不同场合的需求，本发明给出两种建立坐标系的方式：

5.1方式一是将基准面上四个点构造成平面，用此面法向找正且归零单独建立一个坐标系，这是三坐标测量的常规操作，不过于探讨，生成的测量语句为：

PLN1=FEAT/PLANE,CARTESIAN,TRIANGLE,NO

THEO/<93.043,57.089,0>,<0,0,1>

ACTL/<93.043,57.089,0>,<0,0,1>

CONSTR/PLANE,BF,PNT1,PNT2,PNT3,PNT4,,

OUTLIER_REMOVAL/OFF,3

FILTER/OFF,WAVELENGTH=0

A3=ALIGNMENT/START,RECALL:A2,LIST=YES

ALIGNMENT/LEVEL,ZPLUS,PLN1

ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,PLN1

ALIGNMENT/END

5.2接下来这一步为核心操作，再次进入到pc-dmis坐标系建立对话框，点击最佳拟合按钮，进入到最佳拟合坐标系对话框，依次操作：

5.2.1在可选特征列表框中将电极分中面上的点元素全部选中；

5.2.2设置自由度类型为2D（旋转+平移）；2D平面为Z正（ZPLUS）；

5.2.3最佳拟合方法选择矢量最小二乘方(Vector least squares)。

其他选项参数默认即可，点击确定后生成测量语句为：

A3=ALIGNMENT/START,RECALL:A2,LIST=YES

ALIGNMENT/BF2D,ZPLUS,VECTOR_LST_SQR,CREATE WEIGHTS=NO,ROTANDTRANS,0,0,0,0

ITERATEANDREPIERCECAD=NO

Deviation Threshold=0.01

SHOWALLINPUTS=NO,SHOWALLPARAMS=NO

ALIGNMENT/END

至此，方式一建立坐标系完成。

6.方式二仍然是用最佳拟合的方式确定坐标系，其操作量更小，近乎一步到位，是本发明的核心，首推方式二，接上文第4步后，进入到pc-dmis坐标系建立对话框，点击最佳拟合按钮，进入到最佳拟合坐标系对话框，依次操作：

6.1在可选特征列表框中将电极基准台上DCC模式下产生的点元素全部选中；

6.2设置自由度类型为3D（旋转+平移）；

6.3最佳拟合方法选择矢量最小二乘方(Vector least squares)。

其他选项参数默认即可，点击确定后生成测量语句为：

A2=ALIGNMENT/START,RECALL:A1,LIST=YES

ALIGNMENT/BF3D,VECTOR_LST_SQR,CREATE WEIGHTS=NO,ROTANDTRANS,0,0,0,0,0,0

ITERATEANDREPIERCECAD=NO

Deviation Threshold=0.01

SHOWALLINPUTS=NO,SHOWALLPARAMS=NO

ALIGNMENT/END

至此，方式二建立坐标系完成。

当电极使用Erowa夹具辅助测量时，同样可以套用本发明，仅仅是在粗坐标系的建立上更加的简约、和谐，其操作如下：

7.导入电极数模，在开始编程时先导入配置好的外部坐标系，生成的测量语句为

RECALL/ALIGNMENT,EXTERNAL,EXT_CS

7.1若电极基准面不等高，需在基准面上任意一位置以（0，0，1）的矢量方向采一点；

7.2用该点在Z方向归零建立粗坐标系，生成测量语句为

PNT1……

A2=ALIGNMENT/START,RECALL:EXT_CS,LIST=YES

ALIGNMENT/TRANS,ZAXIS,PNT1

ALIGNMENT/END

使用Erowa夹具后由上文第1和第2提到的两个点优化到仅一个点，后续操作同上文中第3的一步开始没有变化，这里不再赘述；

7.3若电极基准面等高，则省略了第1和第2步骤，直接从上文中第3的一步开始操作即可，此时已巧妙至极且优化至极。

为验证本发明最终效果，随机抽取一个了电极，分别采用三种不同的坐标系建立方法，相同的测量点位。得其测量结果非常一致，测量结果如下：

点位传统方法本发明方式一本发明方式二

PNT1 -0.06 -0.059 -0.059

PNT2 -0.059 -0.059 -0.06

PNT3 -0.08 -0.08 -0.08

PNT4 -0.07 -0.07 -0.07

PNT5 -0.058 -0.059 -0.059

PNT6 -0.079 -0.08 -0.08

PNT7 -0.058 -0.06 -0.059

PNT8 -0.069 -0.069 -0.067

PNT9 -0.081 -0.081 -0.081

PNT10 -0.073 -0.073 -0.073

PNT11 -0.058 -0.059 -0.059

PNT12 -0.058 -0.057 -0.058

上述测量结果至少有三名同行参与见证，检测环境及操作流程皆合理合法，是本发明强有力的证明。

Claims

1.一种三坐标测量电极中建立坐标系的方法，通过操作三坐标测量软件或者其他工具，与三坐标控制柜通信后，生成其自身能识别的逻辑语言驱动测量机运行，其特征在于，包括如下步骤：

1.1以操纵盒为输入手段的人机交互环节；

1.2计算机自动控制三坐标测量机环节。

2.根据权利要求书1.1所述，其特征在于，包括如下步骤：

2.1建立坐标系所必须的原始数据获取；

2.2利用2.1的数据结合321法思想以约束自由度为目的建立粗坐标系。

3.根据权利要求书2.1所述，其特征在于，包括如下步骤：

3.1利用测量软件脱机编程实现数据的采集；

3.2利用CAD软件相关功能实现数据的采集；

3.3权利要求书3.1和3.2皆是在电极基准面上选取较长边，分别在边的两个端点附近各采集一个矢量方向为（0，0，1）的点，以此法为最优方案，相似次之的方案对其任有要求。

4.根据权利要求书2.2所述，其特征在于，包括如下步骤：

4.1单一点元素或者点元素组合可约束平移自由度也可约束旋转自由度；

4.2已约束了的自由度不再参与操作，待约束的自由度可分步完成。

5.根据权利要求书1.2所述，其特征在于，包括如下步骤：

5.1切换为自动模式，配置好相关参数；

5.2同权利要求书3.1，3.2所述；

5.3以点为最终形式采集数据，包括引用其他元素成点，读取数据成点；

5.4基准面至少3个点，单一分中面上至少1个点，所有分中面上点的总数至少6个点；

5.5以最佳拟合的方式建立出坐标系，拟合算法为矢量最小二乘法。

6.根据权利要求书5.5所述，其特征在于，包括如下步骤：

6.1以矢量方向或投影方向的数据参与到拟合计算的相关算法皆有效

6.2利用电脑编程语言以权利要求书6.1为参考编写的算法再植入到测量软件中建立的坐标系也有效。