CN114719814A

CN114719814A - 转角测量方法、测量系统以及可读存储介质

Info

Publication number: CN114719814A
Application number: CN202110009697.9A
Authority: CN
Inventors: 张潇; 陈栋权; 滕福众; 欧阳醌; 周晓丽; 王海晨
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-07-08
Anticipated expiration: 2041-01-05
Also published as: CN114719814B

Abstract

本发明涉及一种转角测量方法、测量系统以及可读存储介质，其中，所述转角测量方法包括：S1.采用位于所述第一面外部的独立的测量基准；S2.在所述第一面任意采集标记三个不共线的标记点，分别为第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q，并且分别得到第一标记点、第二标记点以及第三标记点在所述第一面转动前后在所述测量基准的坐标；S3.基于所述S2得到的坐标，建立第一标记点、第二标记点以及第三标记点转动前后的中垂面，分别为第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面；S4.判断所述第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面是否存在至少两个不完全重合；S5.根据判断结果得到转角测量结果。

Description

转角测量方法、测量系统以及可读存储介质

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种转角测量方法、测量系统以及可读存储介质。

背景技术

在工业中，常常需要检测某个零件相对另一个零件的转动角度。现有技术中，转角测量方法需要将角度测量传感器安装在被测零件的转轴上，直接采集处理传感器的数据即可得到转角的测量结果。

然而，发明人发现，此种方法对于转轴不可见的结构很难操作。由于转轴已被遮挡，并且尤其是对于曲面结构而言，曲面上难以在该表面上找到两点使其连线恰好与转动轴线垂直，无法直接确定出一个与转动轴线垂直的平面并在其内进行转角测量。

因此，本领域需要一种转角测量方法、测量系统以及可读存储介质，以实现零件的转角测量，尤其是曲面零件的转角测量，并且测量方法简单，易于测量人员操作。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种转角测量方法。

本发明的另一个目的在于提供一种计算机可读存储介质。

本发明的再一个目的在于提供一种转角测量系统。

根据本发明的一个方面的一种转角测量方法，所述转角为第一面绕转轴转动的角度，所述转轴为非可见的；该转角测量方法包括：S1.采用位于所述第一面外部的独立的测量基准；S2.在所述第一面任意采集标记三个不共线的标记点，分别为第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q，并且分别得到第一标记点、第二标记点以及第三标记点在所述第一面转动前后在所述测量基准的坐标，分别为所述第一面转动前的坐标O1(x_O1,y_O1,z_O1)，P1(x_P1,y_P1,z_P1)，Q1(x_Q1,y_Q1,z_Q1)，所述第一面转动后的坐标O2(x_O2,y_O2,z_O2)，P2(x_P2,y_P2,z_P2)，Q2(x_Q2,y_Q2,z_Q2)；S3.基于所述S2得到的坐标，建立第一标记点、第二标记点以及第三标记点转动前后连接的中垂面，分别为第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面；S4.判断所述第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面是否存在至少两个不完全重合；S5.若所述S4判断为是，则获得所述第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面的交线，分别建立所述交线与第一标记点、第二标记点或第三标记点任意一个在转动前后的平面，定义为第一测量面与第二测量面，所述第一测量面与第二测量面之间的夹角即为所述转角的测量值；若所述S4的判断为否，则根据转动前后的第一标记点、第二标记点以及第三标记点建立平面，定义为第三测量面、第四测量面，所述第三测量面与第四测量面之间的夹角即为所述转角的测量值。

在所述转角测量方法的一个或多个实施例中，在所述S1中，采用工业机器人系统，在所述工业机器人系统中所述S1的测量基准；在所述S2中，采用工业机器人系统得到第一标记点、第二标记点以及第三标记点在所述第一面转动前后在所述测量基准的坐标。

在所述转角测量方法的一个或多个实施例中，在所述S3、S4以及S5中，所述S2得到的坐标数据被输出至数据处理模块进行所述S3、S4以及S5。

在所述转角测量方法的一个或多个实施例中，所述数据处理模块包括三维建模软件和/或数据处理软件。

根据本发明的一个方面的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行实现如以上任意一项所述的转角测量方法的步骤。

根据本发明的一个方面的一种转角测量系统，包括数据处理模块，所述数据处理模块包括：计算机可读存储介质，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行所述指令以实现如以上任意一项所述的转角测量方法，使得所述S1、所述S2得到的坐标数据输入所述处理器，经过所述处理器进行所述S3、所述S4以及所述S5的处理，输出所述转角的测量值。

在所述转角测量系统的一个或多个实施例中，还包括显示模块，用于显示被测量的物体以及测量结果。

在所述转角测量系统的一个或多个实施例中，还包括数据采集模块，用于执行所述S1以及所述S2。

在所述转角测量系统的一个或多个实施例中，所述数据采集模块包括工业机器人。

本发明的有益效果包括但不限于，通过构造中垂面以及设置中垂面是否重合的判断步骤，实现对隐藏转轴的曲面结构的转角的精确测量，具体可以包括但不限于以下优点之一或者结合：

1.适用性广，适用于各类结构转角测量，使转角测量脱离了对转轴可见可接触的依赖，即使转轴在结构内部，无法观察、接触，也能够高效测量转角。测量时，仅仅需要获得被测物体表面任意三个非共线的点在两个状态下的空间坐标即可，适用性极广；

2.精度高，采用统一坐标系，对标记点进行空间坐标测量，基准统一，测量精度高，且便于引入工业机器人等先进测量装置，进一步提高精度；

3.效率高。仅需测量相同的三个非共线点，在两个不同位置上的坐标，通过录入UG等三维建模软件或matlab等数据处理软件就能够及时获得结果，效率高。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1A是根据一实施例的转角测量方法的流程图。

图1B是根据另一实施例的转角测量方法的流程图。

图2是根据一实施例的转角测量系统的结构框图。

图3A至图3E为一实施例的转角测量方法的原理分析图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例，如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

参考图1A以及图1B，以及图3A至图3E，在一个或多个实施例中，对于一结构包括曲面，曲面绕一转轴旋转，且该转轴为不可见，定义该结构为待测结构，曲面为第一面，测量第一面的转角的方法包括以下步骤：

S1.采用位于所述第一面的外部的独立的测量基准；

参看图1B的，例如可以引入工业机器人，通过固定工业机器人中自带的坐标系统，实现独立的统一坐标系的建立。在转动件处于两种不同状态下，该工业机器人的基准位置不变，故能够保证坐标系相对于第一面的独立，并且转动前后的坐标系保持一致，测量基准为固定XYZ坐标系，但可以理解到，外部的独立的测量基准不限于工业机器人，但工业机器人的测量精度高。

S2.在所述第一面任意采集标记三个不共线的标记点，分别为第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q，并且分别得到第一标记点、第二标记点以及第三标记点在所述第一面转动前后在所述测量基准的坐标，分别为所述第一面转动前的坐标O1(x_O1,y_O1,z_O1)，P1(x_P1,y_P1,z_P1)，Q1(x_Q1,y_Q1,z_Q1)，所述第一面转动后的坐标O2(x_O2,y_O2,z_O2)，P2(x_P2,y_P2,z_P2)，Q2(x_Q2,y_Q2,z_Q2)；

在第一面任意采集标记三个不共线的标记点，分别为第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q，例如需要测量待测结构由关闭状态至最大开启状态的转角，则在关闭状态下，利用工业机器人获取此时第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q的位置坐标，O1(x_O1,y_O1,z_O1)，P1(x_P1,y_P1,z_P1)，Q1(x_Q1,y_Q1,z_Q1)，以及将待测结构调整到最大开启状态下，即此时第一面已转动到最大开启处，在工业机器人系统中，获取此时第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q的位置坐标，O2(x_O2,y_O2,z_O2)，P2(x_P2,y_P2,z_P2)，Q2(x_Q2,y_Q2,z_Q2)。

S3.基于所述S2得到的坐标，建立第一标记点、第二标记点以及第三标记点转动前后的中垂面，分别为第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面；

可利用常用的三维建模软件实现该S3，具体如下：

基于O1(x_O1,y_O1,z_O1)、O2(x_O2,y_O2,z_O2)，在ug或其他三维软件中建立O1、O2连线的中垂面midplane-O；

基于P1(x_P1,y_P1,z_P1)、P1(x_P1,y_P1,z_P1)，在ug或其他三维软件中建立P1、P2连线的中垂面midplane-P；

基于Q1(x_Q1,y_Q1,z_Q1)、Q2(x_Q2,y_Q2,z_Q2)，在ug或其他三维软件中建立Q1、Q2连线的中垂面midplane-Q；

S4.判断所述第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面是否存在至少两个不完全重合；

承上所述的，可以在三维建模软件UG中判断midplane-O、midplane-P、midplane-Q是否完全重合。

S5.若所述S4判断结果为是，则获得所述第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面的交线，分别建立所述交线与第一标记点、第二标记点或第三标记点任意一个在转动前后的平面，定义为第一测量面与第二测量面，所述第一测量面与第二测量面之间的夹角即为所述转角的测量值；若所述S4的判断为否，则根据转动前后的第一标记点、第二标记点以及第三标记点建立平面，定义为第三测量面、第四测量面，所述第三测量面与第四测量面之间的夹角即为所述转角的测量值。

具体地，可以在三维建模软件UG进行S5，参考图3A以及图3B的原理图，若S4的判断结果为是，则在UG中，获得midplane-O、midplane-P、midplane-Q的交线line-com；在UG中，建立转动前后，过交线line-com与O、P、Q中任一点的平面，此处以Q点为例，则建立plane-line com and Q1、plane-line com and Q2；在UG中，测量plane-line com and Q1、plane-line com and Q2的夹角，即为转角的测量值α。

参考图3C至图3E，若S4的判断结果为否，则表面midplane-O、midplane-P、midplane-Q完全重合，此时可以在UG中，依据O1(x_O1,y_O1,z_O1)，P1(x_P1,y_P1,z_P1)，Q1(x_Q1,y_Q1,z_Q1)构造相应平面plane-O1P1Q1；在UG中，依据O2(x_O2,y_O2,z_O2)，P2(x_P2,y_P2,z_P2)，Q2(x_Q2,y_Q2,z_Q2)构造相应平面plane-O2P2Q2；在UG中，测量plane-O1P1Q1与plane-O2P2Q2的相对转动角度即为转角的测量值α。

承上所述的，通过构造中垂面以及设置中垂面是否重合的判断步骤，实现对隐藏转轴的曲面结构的转角的精确测量，具体可以包括(1)适用性广，适用于各类结构转角测量，使转角测量脱离了对转轴可见可接触的依赖，即使转轴在结构内部，无法观察、接触，也能够高效测量转角。测量时，仅仅需要获得被测物体表面任意三个非共线的点在两个状态下的空间坐标即可，适用性极广；(2)精度高，采用统一坐标系，对标记点进行空间坐标测量，基准统一，测量精度高，且便于引入工业机器人等先进测量装置，进一步提高精度；(3)效率高。仅需测量相同的三个非共线点，在两个不同位置上的坐标，通过录入UG等三维建模软件或matlab等数据处理软件就能够及时获得结果，效率高。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些步骤不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本案的另一方面，本案还提供了一种计算机可读存储介质。

本公开提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该计算机指令由处理器执行时，可以实施该程序被处理器执行实现如以上实施例介绍的转角测量方法中由程序执行的步骤。

从上述介绍可知，如图2所示，在一些实施例中，转角测量系统100可以包括数据处理模块1、数据采集模块2以及显示模块3。数据测量模块1包括处理器11以及计算机可读存储介质12，计算机可读存储介质12用于存储可由处理器执行11的指令；处理器11用于执行所述指令以实现以上实施例介绍的转角测量方法，使得所述S1、所述S2得到的坐标数据输入所述处理器，经过所述处理器进行所述S3、所述S4以及所述S5的处理，输出所述转角的测量值。数据采集模块2可以包括以上介绍的工业机器人，用于执行上述转角测量方法的所述S1、S2，以得到坐标数据。显示模块3，用于显示转角测量的状态，例如可以显示待测结构，以及显示转角测量结果等等，以供测量者直观地判断待测结构是否满足其要求，以及直观地对待测结构进行调节。可以理解到，处理器11输出的测量值不限于输出至显示模块3，例如可以是输出至另一控制单元，即测量值作为该控制单元的控制参数的输入。数据采集模块2采集的坐标数据，可以是直接电连接输出至数据处理模块1，也可以是由操作者人工地输入数据处理模块1。显示模块3可以有多种表现形式，例如在包括该转角测量系统的飞机中，显示模块3可以是仪表板或者显示屏，例如在包括有转角测量系统100的装配生产线或者检测设备中，显示模块3可以是控制装配生产线或者检测设备的电脑屏幕等等。

可以理解的是，如前的实施方式中的数据处理模块1可以包括一个或多个硬件处理器11，诸如片上系统(SOC)、微控制器、微处理器(例如MCU芯片或51单片机)、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、应用特定指令集成处理器(ASIP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、物理处理单元(PPU)、微控制器单元、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、高级RISC机(ARM)、可编程逻辑器件(PLD)、能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等中的一种或多种的组合，例如在飞机中，处理器11集成于全权限数字式发动机控制器(Full Authority Digital Engine Control，FADEC)之中。并且，数据处理模块1的处理器11可以是与数据采集模块2的处理器集成，即由一处理器统一控制数据采集，采集到的坐标数据的输出，输入至数据处理系统，数据处理，以及输出测量结果数据，抑或是两者也可以是分开独立存在的，通过一处理器控制数据采集以及将采集到的坐标数据的输出，通过另一处理器控制该坐标数据的接收，数据数据处理，以及输出测量结果数据，两处理器电连接。

结合本文中公开的实施例描述的方法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通讯介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何电连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims

1.一种转角测量方法，所述转角为第一面绕转轴转动的角度，其特征在于，所述转轴为非可见的；该转角测量方法包括：

S1.采用位于所述第一面外部的独立的测量基准；

S2.在所述第一面任意采集标记三个不共线的标记点，分别为第一标记点O、第二标记点P以及第三标记点Q，并且分别得到第一标记点、第二标记点以及第三标记点在所述第一面转动前后在所述测量基准的坐标，分别为所述第一面转动前的坐标O1(x_O1，y_O1，z_O1)，P1(x_P1，y_P1，z_P1)，Q1(x_Q1，y_Q1，z_Q1)，所述第一面转动后的坐标O2(x_O2，y_O2，z_O2)，P2(x_P2，y_P2，z_P2)，Q2(x_Q2，y_Q2，z_Q2)；

S3.基于所述S2得到的坐标，建立第一标记点、第二标记点以及第三标记点转动前后连接的中垂面，分别为第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面；

S5.若所述S4判断为是，则获得所述第一中垂面、第二中垂面以及第三中垂面的交线，分别建立所述交线与第一标记点、第二标记点或第三标记点任意一个在转动前后的平面，定义为第一测量面与第二测量面，所述第一测量面与第二测量面之间的夹角即为所述转角的测量值；若所述S4的判断为否，则根据转动前后的第一标记点、第二标记点以及第三标记点建立平面，定义为第三测量面、第四测量面，所述第三测量面与第四测量面之间的夹角即为所述转角的测量值。

2.如权利要求1所述的转角测量方法，其特征在于，在所述S1中，采用工业机器人系统，在所述工业机器人系统中所述S1的测量基准；在所述S2中，采用工业机器人系统得到第一标记点、第二标记点以及第三标记点在所述第一面转动前后在所述测量基准的坐标。

3.如权利要求1所述的转角测量方法，其特征在于，在所述S3、S4以及S5中，所述S2得到的坐标数据被输出至数据处理模块进行所述S3、S4以及S5。

4.如权利要求3所述的转角测量方法，其特征在于，所述数据处理模块包括三维建模软件和/或数据处理软件。

5.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行实现如权利要求1-4任意一项所述的转角测量方法的步骤。

6.一种转角测量系统，其特征在于，包括数据处理模块，所述数据处理模块包括：

计算机可读存储介质，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行所述指令以实现如权利要求1至4任意一项所述的转角测量方法，使得所述S1、所述S2得到的坐标数据输入所述处理器，经过所述处理器进行所述S3、所述S4以及所述S5的处理，输出所述转角的测量值。

7.如权利要求6所述的转角测量系统，其特征在于，还包括显示模块，用于显示被待测结构以及转角测量结果。

8.如权利要求6所述的转角测量系统，其特征在于，还包括数据采集模块，用于执行所述S1以及所述S2。

9.如权利要求8所述的转角测量系统，其特征在于，所述数据采集模块包括工业机器人。