CN114061447A - 一种用于六自由度靶标的测量转接件以及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于六自由度靶标的测量转接件以及标定方法，测量转接件包含台板、挡板、夹板、第一预紧机构、斜台、底座、以及第二预紧机构。进行标定时，首先分别计算台板上端平面、斜台斜壁的法向量；通过求这两个平面的法向量的叉积得到两个平面的交线即旋转轴；然后通过法向量计算这两个平面之间的夹角；其次，将六自由度靶标放固定在转接件上的台板上；接着将转接件固定在带测量的工件上；最后对靶标进行测量、再通过几何变换就能够获得待测量工件的坐标。本发明解决了在测量过程中工件的某些部位因工装遮挡而使得靶标不能被激光跟踪仪所捕捉到，从而不能测到数据的问题。

Description

一种用于六自由度靶标的测量转接件以及标定方法

技术领域

本发明涉及精密测量和装配领域，尤其涉及一种用于六自由度靶标的测量转接件以及标定方法。

背景技术

激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它可对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点, 适合大尺寸工件装配测量, 因此适用于飞机类产品空间点位的测量。但是在飞机装配时结合三自由度激光跟踪仪采集大量的特征点进行位姿拟合，装配效率低，所以就需要六自由度靶标测量，但是六自由度靶标在测量过程中会遇到工装遮挡的情况而无法测量，所以就设计了一种六自由度靶标测量转接件来和六自由度配合测量，并且根据转接件进行转换标定，以实现对某些遇到工装遮挡的情况而无法测量的部位进行测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种用于六自由度靶标的测量转接件以及标定方法，以实现对某些遇到工装遮挡的情况而无法测量的部位进行测量。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于六自由度靶标的测量转接件，包含台板、挡板、夹板、第一预紧机构、斜台、底座、以及第二预紧机构；

所述挡板和台板的上端面垂直固连；

所述台板上端面上设有垂直于挡板的第一滑槽、第二滑槽，且第一滑槽、第二滑槽内均设有滑块；

所述夹板平行于所述挡板，其下端分别和第一滑槽、第二滑槽内的滑块固连，能够沿着第一滑槽、第二滑槽自由滑动；

所述第一预紧机构包含固定块、第一螺杆、第一旋钮和第一轴承，其中，所述固定块固定在所述台板的上端面上，使得夹板位于固定块和挡板之间；所述固定块上开有垂直于所述挡板的第一螺纹通孔；所述第一螺杆一端和第一旋钮中心垂直固连，另一端和所述第一螺纹通孔螺纹相连并穿过固定块后和所述第一轴承的内圈同轴固连；所述夹板靠近固定块一侧的中心设有用于安装所述第一轴承的第一安装孔，所述第一轴承设置在所述第一安装孔内、其外圈和夹板固连；

所述第一预紧机构用于调整夹板使其靠近或远离所述挡板，将测量用的六自由度靶标固定在夹板和挡板之间；

所述斜台呈三棱柱状，其侧壁包含依次首位相连的第一直壁、第二直壁、斜壁；所述第一直壁垂直于第二直壁；所述斜台的第一直壁和所述台板的下端面固连；

所述底座包含固定板和连接件，其中，所述连接件一端和所述斜台的斜壁固连、另一端和所述固定板固连，使得固定板平行于所述斜台的斜壁；所述固定板上设有垂直于所述斜台斜壁的第二螺纹通孔；

所述第二预紧机构包含第二旋钮和第二螺杆；所述第二螺杆一端和所述第二旋钮的中心垂直固连，另一端和所述第二螺纹通孔螺纹相连并穿过固定板；

所述第二预紧机构用于将所述测量转接件固定在待测量的工件上。

作为本发明一种用于六自由度靶标的测量转接件进一步的优化方案，所述挡板面向夹板的一侧、夹板面向挡板的一侧均设有防滑垫片。

作为本发明一种用于六自由度靶标的测量转接件进一步的优化方案，所述第二螺杆远离第二旋钮的一端设有用于抵住待测量工件的圆板。

本发明还公开了一种该用于六自由度靶标的测量转接件的标定方法，包括如下步骤：

步骤1），分别计算台板上端面、斜台斜壁的法向量；

步骤2），通过计算台板上端面和斜台斜壁法向量的叉积，得到这两个平面的交线的向量，即旋转轴的向量；

步骤3），通过台板上端面和斜台斜壁的法向量计算出台板上端面和斜台斜壁之间的夹角θ；

步骤4），将六自由度靶标通过第一预紧机构固定在夹板和挡板之间；

步骤5），通过第二预紧机构将测量转接件固定在待测量的工件上；

步骤6），通过测量设备对靶标进行测量，并通过坐标转换计算实时得到待测量工件的坐标，进行标定。

作为本发明一种用于六自由度靶标的测量转接件的标定方法进一步的优化方案，所述步骤6）中通过坐标转换计算实时得到待测量工件的坐标的具体步骤如下：

步骤6.1），在测量设备的坐标系中，将靶标测量点和旋转轴作平移变换，使旋转轴过原点，此时靶标测量点和旋转轴由初始位置A平移至过坐标系原点的位置B，得到此时旋转轴的矩阵T1；

步骤6.2），将平移后的旋转轴向XOY平面投影，分别计算出旋转轴和X轴、Y轴的夹角α、β；将旋转轴绕X轴逆时针旋转α角，使其与XOZ平面共面，然后再将旋转轴绕Y轴顺时针旋转β角，使其与Z轴重合，得到此时旋转轴的矩阵T2；

步骤6.3），再将靶标测量点绕Z轴旋转θ角，得到此时旋转轴的矩阵T3；

步骤6.4），将旋转轴绕Y轴逆时针旋转β角，再将旋转轴绕X轴顺时针旋转α角，得到此时旋转轴的矩阵T4；

步骤6.5），将靶标测量点和旋转轴作平移变换，使得靶标测量点和旋转轴由位置B平移至位置A，得到此时旋转轴的矩阵T5；

步骤6.6），根据以下公式计算待测量工件的三维坐标P：

P=Q*T

其中，Q为靶标测量点的三维坐标，T为旋转变换矩阵，T=T1*T2*T3*T4*T5。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明通过设计的转接件和用于转接件的标定方法，解决在测量过程中工件的某些部位因工装遮挡而使得靶标不能被激光跟踪仪所捕捉到，从而不能测到数据的问题，通过设计的转接件和用于转接件的标定方法，可以对工装遮挡部位进行测量。

附图说明

图1为本发明的转接件装配图；

图2为本发明的转接件局部图；

图3为本发明的转接件标定方法流程示意图；

图4为本发明的测量转接结果图。

图中，1-台板，2-夹板，3-防滑垫片，4-第一螺杆，5-斜台，6-底座，7-第二螺杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种用于六自由度靶标的测量转接件，包含台板、挡板、夹板、第一预紧机构、斜台、底座、以及第二预紧机构；

所述挡板和台板的上端面垂直固连；

所述台板上端面上设有垂直于挡板的第一滑槽、第二滑槽，且第一滑槽、第二滑槽内均设有滑块；

所述夹板平行于所述挡板，其下端分别和第一滑槽、第二滑槽内的滑块固连，能够沿着第一滑槽、第二滑槽自由滑动；

所述第一预紧机构包含固定块、第一螺杆、第一旋钮和第一轴承，其中，所述固定块固定在所述台板的上端面上，使得夹板位于固定块和挡板之间；所述固定块上开有垂直于所述挡板的第一螺纹通孔；所述第一螺杆一端和第一旋钮中心垂直固连，另一端和所述第一螺纹通孔螺纹相连并穿过固定块后和所述第一轴承的内圈同轴固连；所述夹板靠近固定块一侧的中心设有用于安装所述第一轴承的第一安装孔，所述第一轴承设置在所述第一安装孔内、其外圈和夹板固连；

所述第一预紧机构用于调整夹板使其靠近或远离所述挡板，将测量用的六自由度靶标固定在夹板和挡板之间；

所述斜台呈三棱柱状，其侧壁包含依次首位相连的第一直壁、第二直壁、斜壁；所述第一直壁垂直于第二直壁；所述斜台的第一直壁和所述台板的下端面固连；

所述底座包含固定板和连接件，其中，所述连接件一端和所述斜台的斜壁固连、另一端和所述固定板固连，使得固定板平行于所述斜台的斜壁；所述固定板上设有垂直于所述斜台斜壁的第二螺纹通孔；

所述第二预紧机构包含第二旋钮和第二螺杆；所述第二螺杆一端和所述第二旋钮的中心垂直固连，另一端和所述第二螺纹通孔螺纹相连并穿过固定板；

所述第二预紧机构用于将所述测量转接件固定在待测量的工件上，如图2所示。

所述挡板面向夹板的一侧、夹板面向挡板的一侧均设有防滑垫片。

所述第二螺杆远离第二旋钮的一端设有用于抵住待测量工件的圆板。

如图3所示，本发明还公开了一种该用于六自由度靶标的测量转接件的标定方法，包括如下步骤：

步骤1），分别计算台板上端面、斜台斜壁的法向量；

步骤2），通过计算台板上端面和斜台斜壁法向量的叉积，得到这两个平面的交线的向量，即旋转轴的向量；

步骤3），通过台板上端面和斜台斜壁的法向量计算出台板上端面和斜台斜壁之间的夹角θ；

步骤4），将六自由度靶标通过第一预紧机构固定在夹板和挡板之间；

步骤5），通过第二预紧机构将测量转接件固定在待测量的工件上；

步骤6），通过测量设备对靶标进行测量，并通过坐标转换计算实时得到待测量工件的坐标，进行标定。

所述步骤6）中通过坐标转换计算实时得到待测量工件的坐标的具体步骤如下：

步骤6.1），在测量设备的坐标系中，将靶标测量点和旋转轴作平移变换，使旋转轴过原点，此时靶标测量点和旋转轴由初始位置A平移至过坐标系原点的位置B，得到此时旋转轴的矩阵T1；

步骤6.2），将平移后的旋转轴向XOY平面投影，分别计算出旋转轴和X轴、Y轴的夹角α、β；将旋转轴绕X轴逆时针旋转α角，使其与XOZ平面共面，然后再将旋转轴绕Y轴顺时针旋转β角，使其与Z轴重合，得到此时旋转轴的矩阵T2；

步骤6.3），再将靶标测量点绕Z轴旋转θ角，得到此时旋转轴的矩阵T3；

步骤6.4），将旋转轴绕Y轴逆时针旋转β角，再将旋转轴绕X轴顺时针旋转α角，得到此时旋转轴的矩阵T4；

步骤6.5），将靶标测量点和旋转轴作平移变换，使得靶标测量点和旋转轴由位置B平移至位置A，得到此时旋转轴的矩阵T5；

步骤6.6），根据以下公式计算待测量工件的三维坐标P：

P=Q*T

其中，Q为靶标测量点的三维坐标，T为旋转变换矩阵，T=T1*T2*T3*T4*T5。

图4给出了应用本发明提供的测量转接结果图。

本发明通过设计的转接件和用于转接件的标定方法，解决在测量过程中工件的某些部位因工装遮挡而使得靶标不能被激光跟踪仪所捕捉到，从而不能测到数据的问题，通过设计的转接件和用于转接件的标定方法，可以对工装遮挡部位进行测量。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于六自由度靶标的测量转接件，其特征在于，包含台板、挡板、夹板、第一预紧机构、斜台、底座、以及第二预紧机构；

所述挡板和台板的上端面垂直固连；

所述台板上端面上设有垂直于挡板的第一滑槽、第二滑槽，且第一滑槽、第二滑槽内均设有滑块；

所述夹板平行于所述挡板，其下端分别和第一滑槽、第二滑槽内的滑块固连，能够沿着第一滑槽、第二滑槽自由滑动；

所述第一预紧机构包含固定块、第一螺杆、第一旋钮和第一轴承，其中，所述固定块固定在所述台板的上端面上，使得夹板位于固定块和挡板之间；所述固定块上开有垂直于所述挡板的第一螺纹通孔；所述第一螺杆一端和第一旋钮中心垂直固连，另一端和所述第一螺纹通孔螺纹相连并穿过固定块后和所述第一轴承的内圈同轴固连；所述夹板靠近固定块一侧的中心设有用于安装所述第一轴承的第一安装孔，所述第一轴承设置在所述第一安装孔内、其外圈和夹板固连；

所述第一预紧机构用于调整夹板使其靠近或远离所述挡板，将测量用的六自由度靶标固定在夹板和挡板之间；

所述斜台呈三棱柱状，其侧壁包含依次首位相连的第一直壁、第二直壁、斜壁；所述第一直壁垂直于第二直壁；所述斜台的第一直壁和所述台板的下端面固连；

所述底座包含固定板和连接件，其中，所述连接件一端和所述斜台的斜壁固连、另一端和所述固定板固连，使得固定板平行于所述斜台的斜壁；所述固定板上设有垂直于所述斜台斜壁的第二螺纹通孔；

所述第二预紧机构包含第二旋钮和第二螺杆；所述第二螺杆一端和所述第二旋钮的中心垂直固连，另一端和所述第二螺纹通孔螺纹相连并穿过固定板；

所述第二预紧机构用于将所述测量转接件固定在待测量的工件上。

2.根据权力要求1所述的用于六自由度靶标的测量转接件，其特征在于，所述挡板面向夹板的一侧、夹板面向挡板的一侧均设有防滑垫片。

3.根据权力要求1所述的用于六自由度靶标的测量转接件，其特征在于，所述第二螺杆远离第二旋钮的一端设有用于抵住待测量工件的圆板。

4.基于权力要求1所述的用于六自由度靶标的测量转接件的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1），分别计算台板上端面、斜台斜壁的法向量；

步骤2），通过计算台板上端面和斜台斜壁法向量的叉积，得到这两个平面的交线的向量，即旋转轴的向量；

步骤3），通过台板上端面和斜台斜壁的法向量计算出台板上端面和斜台斜壁之间的夹角θ；

步骤4），将六自由度靶标通过第一预紧机构固定在夹板和挡板之间；

步骤5），通过第二预紧机构将测量转接件固定在待测量的工件上；

步骤6），通过测量设备对靶标进行测量，并通过坐标转换计算实时得到待测量工件的坐标，进行标定。

5.根据权力要求4所述的用于六自由度靶标的测量转接件的标定方法，其特征在于，所述步骤6）中通过坐标转换计算实时得到待测量工件的坐标的具体步骤如下：

步骤6.1），在测量设备的坐标系中，将靶标测量点和旋转轴作平移变换，使旋转轴过原点，此时靶标测量点和旋转轴由初始位置A平移至过坐标系原点的位置B，得到此时旋转轴的矩阵T1；

步骤6.2），将平移后的旋转轴向XOY平面投影，分别计算出旋转轴和X轴、Y轴的夹角α、β；将旋转轴绕X轴逆时针旋转α角，使其与XOZ平面共面，然后再将旋转轴绕Y轴顺时针旋转β角，使其与Z轴重合，得到此时旋转轴的矩阵T2；

步骤6.3），再将靶标测量点绕Z轴旋转θ角，得到此时旋转轴的矩阵T3；

步骤6.4），将旋转轴绕Y轴逆时针旋转β角，再将旋转轴绕X轴顺时针旋转α角，得到此时旋转轴的矩阵T4；

步骤6.5），将靶标测量点和旋转轴作平移变换，使得靶标测量点和旋转轴由位置B平移至位置A，得到此时旋转轴的矩阵T5；

步骤6.6），根据以下公式计算待测量工件的三维坐标P：

P=Q*T

其中，Q为靶标测量点的三维坐标，T为旋转变换矩阵，T=T1*T2*T3*T4*T5。

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