CN114383507A - 测量划线方法 - Google Patents

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闫晨阳
梁爱娥
闫星月
李树宝
李春田
智伟平
郭高军
张宇
郭飞
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Abstract

本发明涉及零件检测的技术领域，具体涉及一种测量划线方法。本发明提供的测量划线方法，包括：扫描所述待检测工件表面信息，获取所述待检测工件表面上的任意一点坐标。任取所述待检测工件表面上不共线的三个坐标点，并根据三点定圆心原理，求得圆心坐标，并重复计算n次，得到n组圆心坐标。按照上述的求圆心坐标的方法，取每次求得的新的圆心坐标，递归计算m次，最终求得最终圆心坐标。通过按照上述步骤递归计算，n组圆心坐标趋近于一个点，即为最终圆心坐标。通过上述方法，计算精准，同时，m值和n值取值越大，圆心坐标愈加精确。

Description

测量划线方法
技术领域
本发明涉及零件检测的技术领域，具体涉及一种测量划线方法。
背景技术
风电法兰，是连接风力发电装置的塔筒各段，或塔筒与轮毂，轮毂与叶片之间的结构件。
风电法兰，通常情况下，使用风电法兰机进行加工，在加工之前需要进行对刀，以保证加工精度。现有技术中，对刀通常采用人工对刀，但由于风电法兰尺寸较大，通常内径几米至十几米不等。采用人工对刀时，为了保证产品的加工精度，通常需要预留较大的加工余量，导致成本较高，且精度较差。
发明内容
(一)本发明所要解决的问题是：大型风电法兰加工时，预留的加工余量大，成本高，精度较差。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明一方面实施例提供了一种测量划线方法，包括以下步骤：
S1：将待检测工件放置在检测台上；
S2：将扫描设备移至待检测工件上方任意位置，取所述待检测工件表面上的投影为第一坐标原点O(x0,y0)，启动扫描设备，开始扫描所述待检测工件表面信息，并获取所述待检测工件表面上的任意一点坐标；
S3：任取所述待检测工件表面上不共线的三个坐标点，并根据三点定圆心原理，求得圆心坐标；
S4：将步骤S3重复n次，求得n组圆心坐标；
同时，在n组圆心坐标中，至少存在三个圆心坐标不共线；
其中，n≥4；
S5：将方法“任取三个上一步骤中的不共线的三个圆心坐标，根据三点定心原理，求得圆心坐标，并重复计算n次”重复m次，求得最终圆心坐标；
其中，m≥1；
S6：根据最终圆心坐标，划出预加工工件的轮廓。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S2中，扫描所述待检测工件表面信息中，包括：获取待检测工件表面上的任意一点和第一坐标原点O(x0,y0)之间的连线与横坐标之间的夹角α；
获取所述待检测工件表面上的任意一点的坐标包括以下步骤：
其中，任意一点的坐标为(x，y)；
x＝x0+L×cosα；
y＝y0+L×sinα；
其中，L为点(x，y)与第一坐标原点O(x0,y0)的直线距离。
根据本发明的一个实施例，进一步的，点(x，y)与第一坐标原点O(x0,y0)的直线距离L＝LA-LS；
其中，LA为扫描设备、所述第一坐标原点O(x0,y0)和点(x，y)共线时，第一坐标原点O(x0,y0)与扫描设备之间的直线距离；
LS为扫描设备、所述第一坐标原点O(x0,y0)和点(x，y)共线时，扫描设备与点(x，y)之间的直线距离。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S2中，还包括：
通过测量设备测量LA和LS的数值。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S3中，根据三点定圆心原理，求得圆心坐标，包括以下步骤：
其中，所述待检测工件表面上不共线的三个坐标点分别为：A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)，圆心坐标为(x’，y’)；
(x1-x’)2+(y1-y’)2＝(x2-x’)2+(y2-y’)2；
(x2-x’)2+(y2-y’)2＝(x3-x’)2+(y3-y’)2。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S6之前，还包括：输入预加工工件的尺寸。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S4中，还包括：设定n值；
在步骤S5中还包括：设定m值。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S3中，所述待检测工件表面上不共线的三个坐标点，分别位于坐标系的三个象限内。
根据本发明的一个实施例，进一步的，在步骤S6中，包括以下步骤：
将划线设备移动至最终圆心坐标；
划线设备启动，开始划线。
根据本发明的一个实施例，进一步的，所述扫描设备包括第一动力源和扫描件，第一动力源与所述扫描件连接，并驱动所述扫描件转动；
在步骤S2中，扫描所述待检测工件表面信息中，包括：
测量所述动力源的旋转角度，获取待检测工件表面上的任意一点与横坐标之间的夹角α。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种测量划线方法，包括：S1：将待检测工件放置在检测台上。S2：将扫描设备移至待检测工件上方任意位置，取所述待检测工件表面上的投影为第一坐标原点O(x0,y0)，启动扫描设备，开始扫描所述待检测工件表面信息，并获取所述待检测工件表面上的任意一点坐标。S3：任取所述待检测工件表面上不共线的三个坐标点，并根据三点定圆心原理，求得圆心坐标。S4：将步骤S3重复n次，求得n组圆心坐标。同时，在n组圆心坐标中，至少存在三个圆心坐标不共线；其中，n≥4；S5：将方法“任取三个上一步骤中的不共线的三个圆心坐标，根据三点定心原理，求得圆心坐标，并重复计算n次”重复m次，求得最终圆心坐标；其中，m≥1。S6：根据最终圆心坐标，划出预加工工件的轮廓。
通过按照上述步骤递归计算，n组圆心坐标趋近于一个点，即为最终圆心坐标。通过上述方法，计算精准，同时，m值和n值取值越大，圆心坐标愈加精确。
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测量划线方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的扫描设备扫描待检测工件表面信息示意图。
图标：100-待检测工件；
200-扫描设备。
具体实施方式
下面将结合实施例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。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种测量划线方法，包括以下步骤：
S1：将待检测工件100放置在检测台上；
S2：将扫描设备200移至待检测工件100上方任意位置，取所述待检测工件100表面上的投影为第一坐标原点O(x0,y0)，启动扫描设备200，开始扫描所述待检测工件100表面信息，并获取所述待检测工件100表面上的任意一点坐标；
S3：任取所述待检测工件100表面上不共线的三个坐标点，并根据三点定圆心原理，求得圆心坐标；
S4：将步骤S3重复n次，求得n组圆心坐标；
同时，在n组圆心坐标中，至少存在三个圆心坐标不共线；
其中，n≥4；
S5：将步骤“任取三个上一步骤中的不共线的三个圆心坐标，根据三点定心原理，求得圆心坐标，并重复计算n次”重复m次，求得最终圆心坐标；
其中，m≥1；
S6：根据最终圆心坐标，划出预加工工件的轮廓。
本实施例提供的测量划线方法，首先，将待检测工件100放置于检测台上，其中，放置位置无需精确定位，放置在检测台上大致的中间位置即可。优选的，在放置待检测工件100前，对检测台进行找平，或者，放置待检测工件100后，对待检测工件100进行找平。
在本实施例中，扫描设备200包括第一动力源和扫描件，第一动力源与扫描件连接，并驱动扫描件绕所述第一动力源运动，实现扫描待检测工件100表面上。在实际使用中，第一动力源在待检测工件100表面上的投影即为第一坐标原点O，确定第一坐标原点后，即在待检测工件100表面上形成平面坐标系。
具体的，将扫描设备200移动至待检测工件100上方的任意位置，其可以为人工驱动，也可以通过电动设备驱动，启动扫描设备200，第一动力源开始驱动扫描件运动，并开始扫描待检测工件100表面的信息，包括但不限于待检测工件100表面任意一点的角度信息，高度信息等。并计算出待检测工件100表面上的任意一点坐标。
计算出待检测工件100表面上的任意一点的坐标后，任取其中三个不共线的三个点，形成一个三角形，根据三点定圆心原理，能够求得一个圆心坐标，也即三角形外接圆的圆心坐标，其是三角形三条边垂直平分线的交点。
将上述步骤重复n次，便能够求得n组圆心坐标，再在n组圆心坐标中，任取三个不共线的三个圆心坐标点，继续按照三点定圆心原理，重复计算n次，并将上述步骤重复执行m次，最后，按照上述步骤递归计算，n组圆心坐标趋近于一个点，即为最终圆心坐标。通过上述方法，计算精准，同时，m值和n值取值越大，圆心坐标愈加精确。
步骤S5中，在上一步骤的n组圆心坐标中，任取其中三个不共线的圆心坐标，根据三点定圆心原理，继续计算新的圆心坐标并递归计算m次。
具体为，步骤S5中，包括：
S51：任取S4中的三个不共线的圆心坐标，根据三点定圆心原理，计算出新的圆心坐标，并重复n次，求得n组新的圆心坐标；
S52:任取S51中的三个不共线的圆心坐标，根据三点定圆心原理，计算出新的圆心坐标，并重复n次，求得n组新的圆心坐标；
S53:任取S52中的三个不共线的圆心坐标，根据三点定圆心原理，计算出新的圆心坐标，并重复n次，求得n组新的圆心坐标；
……
S5m：任取S5(m-1)中的三个不共线的圆心坐标，根据三点定圆心原理，计算出新的圆心坐标，并重复n次，求得最终圆心坐标(趋近于一个点)。
通过上述递归结果，能够准确的求得最终圆心坐标，精确可靠。
当求得最终圆心坐标后，将划线设备移动至新的圆心坐标处，具体的，划线设备包括有第二动力源和划线件，第二动力源与划线件连接，并驱动划线件绕第二动力源运动。将第二动力源移动至最终圆心坐标处，驱动划线件做圆周运动，划出预加工工件的轮廓。
优选的，本实施例中，划线件和扫描件共用一个动力源，也即一个动力源同时能够驱动划线件和扫描件在待检测工件100上运动。
在本实施例中，如图2所示，待检测工件100上任意一点(x，y)与第一坐标原点O(x0,y0)相连形成第一直线，第一直线与横坐标之间的夹角为α；
故而，可以计算出待检测工件100表面上的任意一点的坐标为(x0+L×cosα，y0+L×sinα)。
其中，L也即为第一直线的长度值。
在实际使用中，L＝LA-LS。具体为，其中，LA为扫描设备200、所述第一坐标原点O(x0,y0)和点(x，y)三者共线时，第一坐标原点O(x0,y0)与扫描设备200之间的直线距离；
LS为扫描设备200、所述第一坐标原点O(x0,y0)和点(x，y)三者共线时，扫描设备200与点(x，y)之间的直线距离。
第一直线的长度至也即为LA与LS之间的差值。
通过对LA和LS进行测量，最终计算出待检测工件100表面任意一点的坐标。
可选的，测量方法中，可以通过激光测距仪等设备人工测量，也可以在通过扫描设备200在扫描所述待检测工件100表面信息时获得。也即，在步骤开始扫描所述待检测工件100表面信息，其中的待检测工件100表面信息还包括LA和LS的值。
本实施例中，在计算圆心坐标时，利用三点定圆心原理，具体为，任取所述待检测工件100表面上不共线的三个坐标点，分别为：A(x1,y1)，B(x2,y2)，C(x3,y3)，欲求的圆心坐标为(x’，y’)。由于外接圆的圆心是三角形三条边的垂直平分线的交点，并根据三角形外接圆的圆心到定点的距离相等，列出以下方程：
(x1-x’)2+(y1-y’)2＝(x2-x’)2+(y2-y’)2；
(x2-x’)2+(y2-y’)2＝(x3-x’)2+(y3-y’)2；
由于x1、x2、x3、y1、y2和y3均为已知值，对上述方程求解，便能够得出欲求得圆心坐标(x’，y’)。
具体为，对上述方程展开并化简可以得到：
Figure BDA0003470362900000081
Figure BDA0003470362900000082
另：
A1＝2×(x2-x1)；
B1＝2×(y2-y1)；
Figure BDA0003470362900000083
A2＝2×(x3-x2)；
B2＝2×(y3-y2)；
Figure BDA0003470362900000084
也即，可以得到：
A1×x′+B1×y′＝C1；
A2×x′+B2×y′＝C2；
求解可得：
Figure BDA0003470362900000091
Figure BDA0003470362900000092
也即，欲求得圆心坐标为
Figure BDA0003470362900000093
在本实施例中，在进行步骤：根据最终圆心坐标，划出预加工工件的轮廓之前，还包括步骤：输入预加工工件的尺寸。输入完成后，划线设备根据预加工工件的尺寸进行划线。
在本实施例中，在步骤S4中，还包括步骤：输入n值。也即，在步骤S4中，设定n值后，根据预设的n值，重复计算n次，求得n组圆心坐标，同时，n的值越大，后续结果，也即最终圆心坐标位置越准确。
在步骤S5中还包括：设定m值。也即，在步骤S5中，设定m值后，根据预设的m值，递归计算m次，同时，m的值越大，后续结果，也即最终圆心坐标位置越准确。
在本实施例中，优选的，在步骤S3中，所述待检测工件100表面上不共线的三个坐标点，分别位于坐标系的三个象限内，以提高计算的准确性。
在本实施例中，步骤根据最终圆心坐标，划出预加工工件的轮廓包括以下步骤：
将划线设备移动至最终圆心坐标；
划线设备启动，开始划线。
其中，划线设备结构在上述内容已介绍，此处不再赘述。
在本实施例中，由于描设备包括第一动力源和扫描件，第一动力源与所述扫描件连接，并驱动所述扫描件转动。
在步骤S2中，步骤扫描所述待检测工件100表面信息中，所要扫描的信息包括有待检测工件100表面上的任意一点和第一坐标原点O(x0,y0)之间的连线与横坐标之间的夹角α。其中，α可以通过测量所述动力源的旋转角度获得。
也即步骤S2为：将扫描设备200移至待检测工件100上方任意位置，取所述待检测工件100表面上的投影为第一坐标原点O(x0,y0)，启动扫描设备200，开始扫描所述待检测工件100表面信息，测量所述动力源的旋转角度获取待检测工件100表面上的任意一点和第一坐标原点O(x0,y0)之间的连线与横坐标之间的夹角α，并通过方程x＝x0+L×cosα；y＝y0+L×sinα；计算出所述待检测工件100表面上的任意一点坐标。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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”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”、“连通”、“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；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量划线方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将待检测工件(100)放置在检测台上；
S2：将扫描设备(200)移至待检测工件(100)上方任意位置，取所述待检测工件(100)表面上的投影为第一坐标原点O(x0,y0)，启动扫描设备(200)，开始扫描所述待检测工件(100)表面信息，并获取所述待检测工件(100)表面上的任意一点坐标；
S3：任取所述待检测工件(100)表面上不共线的三个坐标点，并根据三点定圆心原理，求得圆心坐标；
S4：将步骤S3重复n次，求得n组圆心坐标；
同时，在n组圆心坐标中，至少存在三个圆心坐标不共线；
其中，n≥4；
S5：将方法“任取三个上一步骤中的不共线的三个圆心坐标，根据三点定心原理，求得圆心坐标，并重复计算n次”重复m次，求得最终圆心坐标；
其中，m≥1；
S6：根据最终圆心坐标，划出预加工工件的轮廓。
2.根据权利要求1所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S2中，扫描所述待检测工件(100)表面信息中，包括：获取待检测工件(100)表面上的任意一点和第一坐标原点O(x0,y0)之间的连线与横坐标之间的夹角α；
获取所述待检测工件(100)表面上的任意一点的坐标包括以下步骤：
其中，任意一点的坐标为(x，y)；
x＝x0+L×cosα；
y＝y0+L×sinα；
其中，L为点(x，y)与第一坐标原点O(x0,y0)的直线距离。
3.根据权利要求2所述的测量划线方法，其特征在于，点(x，y)与第一坐标原点O(x0,y0)的直线距离L＝LA-LS；
其中，LA为扫描设备(200)、所述第一坐标原点O(x0,y0)和点(x，y)共线时，第一坐标原点O(x0,y0)与扫描设备(200)之间的直线距离；
LS为扫描设备(200)、所述第一坐标原点O(x0,y0)和点(x，y)共线时，扫描设备(200)与点(x，y)之间的直线距离。
4.根据权利要求3所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S2中，还包括：
通过测量设备测量LA和LS的数值。
5.根据权利要求1中所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S3中，根据三点定圆心原理，求得圆心坐标，包括以下步骤：
其中，所述待检测工件(100)表面上不共线的三个坐标点分别为：A(x1，y1)，B(x2，y2)，C(x3，y3)，欲求的圆心坐标为(x’，y’)；
(x1-x’)2+(y1-y’)2＝(x2-x’)2+(y2-y’)2；
(x2-x’)2+(y2-y’)2＝(x3-x’)2+(y3-y’)2。
6.根据权利要求1所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S6之前，还包括：输入预加工工件的尺寸。
7.根据权利要求1所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括：设定n值；
在步骤S5中还包括：设定m值。
8.根据权利要求1所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S3中，所述待检测工件(100)表面上不共线的三个坐标点，分别位于坐标系的三个象限内。
9.根据权利要求1所述的测量划线方法，其特征在于，在步骤S6中，包括以下步骤：
将划线设备移动至最终圆心坐标；
划线设备启动，开始划线。
10.根据权利要求1所述的测量划线方法，其特征在于，所述扫描设备(200)包括第一动力源和扫描件，第一动力源与所述扫描件连接，并驱动所述扫描件转动；
在步骤S2中，扫描所述待检测工件(100)表面信息中，包括：
测量所述动力源的旋转角度，获取待检测工件(100)表面上的任意一点与横坐标之间的夹角α。
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