CN115014252A - 一种实现多工位测量元素计算的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现多工位测量元素计算的方法。所述计算方法包括以下步骤：S1，建立初始坐标系XOY；S2，将三个测球分别固定在待测工件互相垂直的三个面上；S3，在第一工位，分别进行对三个测球所在工件位置进行检测，将检测点建立球面参考坐标系；S4，在其他工位时，通过对三个测球的检测点进行测量坐标系的建立；通过进行检测坐标系与初始坐标系、参考坐标系与初始坐标系的比对，计算出检测坐标系与参考坐标系之间的换算关系，通过此换算关系将在此检测工位下任意检测点换算成参考坐标系下的检测点的位移矢量以及转角位移，最终实现任意工位下的检测数值均可进行统一表达。
Description
技术领域
本发明涉及三坐标测量仪技术领域，特别涉及一种实现多工位测量元素计算的方法。
背景技术
目前，三坐标测量机作为机械检测行业自动化程度最高，测量范围最广的检测设备，在机械、电子、仪表、塑胶等行业得到了广泛的使用。但是在对零件进行检测时，三坐标测量机只能对一个工位，即一次安装下所测得的元素进行尺寸及形位公差的计算。而在实际工作中，有许多零件其多个面上的测量元素互相之间需要计算尺寸或者形位公差，但这些元素不能在一次安装下全部检测到，而多次装夹下测得的元素因为位置的改变，是不能进行互相计算和评价的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种实现多工位测量元素计算的方法。具体方案为：
一种实现多工位测量元素计算的方法，所述计算方法包括以下步骤：
S1，以检测平台中的一点为原点O，以X横梁平行方向为X轴、Y向立柱的移动方向为Y轴、以及Z向导轨的移动方向为Z轴，建立初始坐标系；
S2，将三个测球分别固定在待测工件互相垂直的三个面上；
S3，在第一工位，分别对三个测球所在工件的位置进行检测，并将检测点标识为A点、B点以及C点，并将A点、B点以及C点形成的平面ABC作为参考平面，以平面ABC的几何中心为参考中心O’，以参考中心O’为圆心，以参考中心O’到A、B或者C点任意一点的距离为半径建立球面参考坐标系；
记录参考中心O’到原点O的三维坐标位移矢量，以及平面ABC分别与水平面以及竖直面的夹角θ和β；
S4，开始进行其他工位下的测量工序，在进行剩余各工位测量时，首先对所在工位下三个测球的位置进行测量，分别得到第一测点A’、第二测点B’以及第三测点C’，将第一测点A’、第二测点B’以及第三测点C’建成测量平面A’B’C’，并记录测量平面A’B’C’分别与水平面以及竖直面的夹角θ’和β’，记录平面A’B’C’的几何中心O’’到原点O的三维坐标位移矢量；
S5，分别换算得出夹角θ’与夹角θ之间的差值，夹角β’与夹角β的转角位移，以及几何中心O’’相对于参考中心O’的三维坐标位移矢量，从而得出所在工位下的检测坐标系与参考坐标系的换算关系；
S6，通过S5中计算出的检测坐标系与参考坐标系的换算关系分别计算出所在工位下各个检测点相对于第一工位下的参考坐标系的位移矢量以及转角位移，并统一通过参考坐标系进行记录。
进一步的，所述水平面为X轴、Y轴以及原点O形成的平面XOY，
所述竖直面为X轴、原点O以及Z轴形成的平面XOZ，或Y轴、
原点O以及Z轴形成的平面YOZ。
进一步的，在S1中，当待测工件为旋转体时，其中一个测球设置在旋转体的平面上，另外两个测球均设置在旋转面上，且位于平面上测球的两侧。
进一步的，所述原点O为测量仪的基点。
进一步的，在进行其他工位的检测时，三个测球始终固定在待测工件上。
进一步的，所述测球为标准圆球，其球径Φ8mm～Φ15mm，所述测球的球心距离球体安装面2cm之内，球心高度差不超过1mm。
进一步的，所述测球的检测点为测球中心到待测工件接触面的垂线与待测工件接触面的交点。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，
在第一个工位先测得一部分元素，移动零件后，在第二工位或者其他工位再测量另一部分元素，通过三个测球的不同位置信息得出工件相对于原始坐标系的变化，从而解决了待测工件在不同工位下测得元素之间尺寸及位置公差的计算问题，最终实现了在多工位以及多次装夹下测得的元素无论位置如何改变，最终实现任意工位下的检测数值均可进行统一表达均可以进行互相计算和评价。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种实现多工位测量元素计算的方法初始坐标系与参考坐标系示意图；
图2为本发明实施例中一种实现多工位测量元素计算的方法检测坐标系示意图，
其中，1-第一测球，2-第二测球，3-第三测球，4-待测工件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据附图1-2所示的一种实现多工位测量元素计算的方法，所述计算方法包括以下步骤：
S1，以检测平台中的一点为原点O，以X横梁平行方向为X轴、Y向立柱的移动方向为Y轴、以及Z向导轨的移动方向为Z轴，建立初始坐标系；
S2，将三个测球分别固定在待测工件互相垂直的三个面上；
S3，在第一工位，分别对三个测球所在工件的位置进行检测，并将检测点标识为A点、B点以及C点，并将A点、B点以及C点形成的平面ABC作为参考平面，以平面ABC的几何中心为参考中心O’，以参考中心O’为圆心，以参考中心O’到A、B或者C点任意一点的距离为半径建立球面参考坐标系；
记录参考中心O’到原点O的三维坐标位移矢量，以及平面ABC分别与水平面以及竖直面的夹角θ和β；
S4，开始进行其他工位下的测量工序，在进行剩余各工位测量时，首先对所在工位下三个测球的位置进行测量，分别得到第一测点A’、第二测点B’以及第三测点C’，将第一测点A’、第二测点B’以及第三测点C’建成测量平面A’B’C’，并记录测量平面A’B’C’分别与水平面以及竖直面的夹角θ’和β’，记录平面A’B’C’的几何中心O’’到原点O的三维坐标位移矢量；
S5，分别换算得出夹角θ’与夹角θ之间的差值，夹角β’与夹角β的转角位移，以及几何中心O’’相对于参考中心O’的三维坐标位移矢量，从而得出所在工位下的检测坐标系与参考坐标系的换算关系；
S6，通过S5中计算出的检测坐标系与参考坐标系的换算关系分别计算出所在工位下各个检测点相对于第一工位下的参考坐标系的位移矢量以及转角位移，并统一通过参考坐标系进行记录。
在本发明中，所述水平面为X轴、Y轴以及原点O形成的平面XOY，
所述竖直面为X轴、原点O以及Z轴形成的平面XOZ，或Y轴、
原点O以及Z轴形成的平面YOZ。
在本发明中，在S1中，当待测工件为旋转体时，其中一个测球设置在旋转体的平面上，另外两个测球均设置在旋转面上，且位于平面上测球的两侧。
在本发明中，所述原点O为测量仪的基点。
在本发明中，在进行其他工位的检测时，三个测球始终固定在待测工件上。
在本发明中，所述测球为标准圆球，其球径Φ8mm～Φ15mm，所述测球的球心距离球体安装面2cm之内，球心高度差不超过1mm。
在本发明中，所述测球的检测点为测球中心到待测工件接触面的垂线与待测工件接触面的交点。
需要说明的是，本发明中的三个测球也可是在待测工件上进行的标记点以及其他标记物，当测球为实体圆球时，要求球体表面光洁无肉眼可视瑕疵，具有良好的耐磨性，在对测球位置进行检测时，需对测球的几何中心与待测工件接触面的垂点进行检测，
本发明的计算方法的具体步骤为，
一、建立初始坐标系；
二、在第一工位下，通过三个测球建立好参考坐标系；
保持三个测球在待测工件上的位置不变，通过在某一工位下对三个测球的测量构建出在该工位下测量坐标系，具体包括以下步骤：
首先，以检测平台中心为原点O，以X横梁平行方向为横梁、Y向立柱的移动方向为Y轴、以及Z向导轨的移动方向为Z轴建立初始坐标系；
其次，在第一工位下，分别对固定在工件1上的三个测球进行检测，即对第一测球1、第二测球2、第三测球3在工件1上位置进行检测，并将第一测球1、第二测球2、第三测球3的检测点分别标识为A点、B点以及C点，以A点、B点以及C点三点来建立参照平面，以A点、B点以及C点构成的外接圆的圆心为参照原点O’，通过参照原点O’到A点、B点以及C点构成的外接圆的半径为半径建立球面参考坐标系；
然后，将工件1放置在其他工位下，重新进行第一测球1、第二测球2以及第三测球3的检测，并将检测点标识为A’、B’、C’，以检测点A’、B’、C’建成检测平面，通过检测点A’、B’、C’构成三角形检测外接圆，以外接圆的圆心为检测原点O’’，结合检测外接圆建立检测坐标系，
再次，通过进行参考坐标系与初始坐标系，检测坐标系与初始坐标系的比对，计算出参考坐标系与检测坐标系的对应关系，
最后，通过参考坐标系与检测坐标系的对应关系，实现在不同工位下在同一检测坐标系下，将工件1上任意检测点换算成与参考坐标系统一的表达与标识方法。
最终实现在其他任意工位下，重新进行三个测球位置的测量，并将重新测得的三个测球的信息构建在此检测工位下的检测坐标系，通过进行检测坐标系与初始坐标系、参考坐标系与初始坐标系的比对，计算出检测坐标系与参考坐标系之间的换算关系，通过此换算关系将在此检测工位下任意检测点换算成参考坐标系下的检测点的位移矢量以及转角位移，最终实现任意工位下的检测数值均可进行统一表达。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：
S1，以检测平台中的一点为原点O，以X横梁平行方向为X轴、Y向立柱的移动方向为Y轴、以及Z向导轨的移动方向为Z轴，建立初始坐标系；
S2，将三个测球分别固定在待测工件互相垂直的三个面上；
S3，在第一工位，分别对三个测球所在工件的位置进行检测，并将检测点标识为A点、B点以及C点，并将A点、B点以及C点形成的平面ABC作为参考平面，以平面ABC的几何中心为参考中心O’，以参考中心O’为圆心，以参考中心O’到A、B或者C点任意一点的距离为半径建立球面参考坐标系；
记录参考中心O’到原点O的三维坐标位移矢量，以及平面ABC分别与水平面以及竖直面的夹角θ和β；
S4，开始进行其他工位下的测量工序，在进行剩余各工位测量时，首先对所在工位下三个测球的位置进行测量，分别得到第一测点A’、第二测点B’以及第三测点C’，将第一测点A’、第二测点B’以及第三测点C’建成测量平面A’B’C’，并记录测量平面A’B’C’分别与水平面以及竖直面的夹角θ’和β’，记录平面A’B’C’的几何中心O’’到原点O的三维坐标位移矢量；
S5，分别换算得出夹角θ’与夹角θ之间的差值，夹角β’与夹角β的转角位移，以及几何中心O’’相对于参考中心O’的三维坐标位移矢量，从而得出所在工位下的检测坐标系与参考坐标系的换算关系；
S6，通过S5中计算出的检测坐标系与参考坐标系的换算关系分别计算出所在工位下各个检测点相对于第一工位下的参考坐标系的位移矢量以及转角位移，并统一通过参考坐标系进行记录。
2.根据权利要求1所述的一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，所述水平面为X轴、Y轴以及原点O形成的平面XOY，所述竖直面为X轴、原点O以及Z轴形成的平面XOZ，或Y轴、原点O以及Z轴形成的平面YOZ。
3.根据权利要求1所述的一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，在S1中，当待测工件为旋转体时，其中一个测球设置在旋转体的平面上，另外两个测球均设置在旋转面上，且位于平面上测球的两侧。
4.根据权利要求1所述的一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，所述原点O为测量仪的基点。
5.根据权利要求1所述的一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，在进行其他工位的在检测时，三个测球始终固定在待测工件上。
6.根据权利要求5所述的一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，所述测球为标准圆球，其球径Φ8mm～Φ15mm，所述测球的球心距离球体安装面2cm之内，球心高度差不超过1mm。
7.根据权利要求6所述的一种实现多工位测量元素计算的方法，其特征在于，所述测球的检测点为测球中心到待测工件接触面的垂线与待测工件接触面的交点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Method for Calculating Measurement Elements at Multiple Stations Effective date of registration: 20231031 Granted publication date: 20221129 Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee Pledgor: Xi'an depsecco measuring equipment Co.,Ltd. Registration number: Y2023980063564 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |