CN208488061U - 用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其包括：辅助测量柱体，其内设有在其轴向方向上自其上端面向下延伸的圆锥形内孔，圆锥形内孔具有大口径端和小口径端，其中大口径端相对小口径端的上方，圆锥形内孔的虚拟顶点位于辅助测量柱体的下端面上；接口端，其设于辅助测量柱体的下端面下方，接口端的外表面设有与螺纹孔适配连接的外螺纹；其中，圆锥形内孔的轴线与接口端的轴线共轴设置。此外，本实用新型还公开了一种采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统。采用该辅助测量工具进行测量时，不仅检测时所需要的操作简单方便，有效提高了检测效率，而且还大大提高了检测结果的精确性和稳定性。

Description

用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具及系统

技术领域

本实用新型涉及一种测量工具及系统，尤其涉及一种用于螺纹孔位置测量的测量工具和系统。

背景技术

在汽车制造过程中，会有很多用于安装的螺纹孔，尤其在车身底板阶段，每个车身底板至少有上百个螺孔安装位，并且大部分螺母都是焊接在钣金安装面的反面。由于这些螺纹孔都是用于安装其他零部件的，所以螺纹孔位置是否准确就会影响到后面其他部件的安装。

因此，汽车行业的检测部门都会严格的检测螺纹孔的位置精度。而目前，螺纹孔的位置精度通过获取构造的虚拟点(该虚拟点为钣金安装面与螺纹轴线相交的交点)的位置坐标来确定，由此，检测螺纹孔的位置问题就变成了检测构造虚拟点的位置问题，而对于如何确定虚拟点的位置，首先必须确定构造虚拟点的钣金安装面与螺纹轴线。

例如，如图1所示，由于绝大多数螺母焊接于钣金安装面1的反面，而螺纹孔3用于安装其他零部件，因此，螺纹孔3的位置是否准确就会影响到后面其他部件的安装。目前的现有技术通过螺纹轴线2与钣金安装面1相交的交点R(交点R即为虚拟点)来确定螺纹孔3的位置。

目前，在现有技术中，采用光学设备的光学检测法已经逐渐替代传统的三坐标检测法，光学检测法的主要原理是通过获取被测零件表面点云数据信息，进而将其与理论数模进行对比，从而确定被测零件的位置度。然而，由于螺纹孔位于狭窄空间且结构过于精细，所以很难获取准确的螺纹表面信息。因此，往往需要辅助测量工具。

图2显示了采用一种圆柱形辅助工具4测量螺纹孔位置的状态。采用这种辅助工具需要光学设备获取圆柱形辅助工具4的表面信息，随后将表面数据转换为点云数据，从而获取螺纹轴线2，再由钣金安装面1上的不共线三点P1、P2、P3构造获得钣金安装面1所在平面，随后通过螺纹轴线2与钣金安装面1相交的交点R确定螺纹孔3的位置。

上述方式存在如下所述的缺陷：

1)该方式需要光学设备从不同角度拍摄至少2张表面图像才能获取所需的平面和螺纹轴线的点云数据信息，由此增加了拍摄时间；

2)由于需要通过拟合圆柱和通过三点确定的平面进而间接获取虚拟点，因而，若圆柱和/或平面产生误差均会导致最终构造的虚拟点精度损失；

3)通过光学设备拍摄钣金安装面过程中由于采用三点法构造平面，因而，若其中一个点数据有波动，则会造成构造出来的平面倾斜，对最终确定虚拟点造成困难，而这种平面倾斜的情况在实际测量过程中经常发生。

由此可见，目前检测螺纹孔位置的方式存在耗时长，测量结果精确度低和稳定度不高的缺陷。基于此，期望获得一种辅助测量工具，通过该辅助测量工具检测螺纹位置时可以减少光学设备拍摄张数，提高拍摄效率，减少在测量中间环节所带来的误差，提高检测精度。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，采用该辅助测量工具对螺纹孔位置进行检测时，检测效率高、误差小、最终所获得检测精度高。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其包括：

辅助测量柱体，其内设有在其轴向方向上自其上端面向下延伸的圆锥形内孔，所述圆锥形内孔具有大口径端和小口径端，其中所述大口径端相对小口径端的上方，所述圆锥形内孔的虚拟顶点位于辅助测量柱体的下端面上；

接口端，其设于辅助测量柱体的下端面下方，所述接口端的外表面设有与螺纹孔适配连接的外螺纹；

其中，所述圆锥形内孔的轴线与接口端的轴线共轴设置。

在本实用新型所述的技术方案中，对于所述辅助测量工具而言，接口端用于与螺纹孔连接，以将辅助测量工具固定，而辅助测量柱体则通过其内设的圆锥形内孔，以构造出不同于现有技术的虚拟点，以实现对螺纹孔位置的精确检测。

具体来说，不同于现有技术的虚拟点是由钣金安装面所在平面与螺纹轴线相交的交点确定，本案实用新型人巧妙利用圆锥体本身的几何结构，通过在辅助测量柱体内设有圆锥形内孔，并且将圆锥形内孔的虚拟顶点设置在辅助测量柱体的下端面，使得本案的虚拟顶点构造为虚拟点，从而将现有技术原本需要分别构造钣金安装面所在平面与螺纹轴线才能确定虚拟点的技术方案，改进为仅通过构造圆锥形内孔的虚拟顶点就能确定虚拟点。而这一改进不仅简化了检测时所需要的操作，提高了检测效率，而且大大提高了检测结果的精确性和稳定性，避免了现有技术因分别构造钣金安装面所在平面与螺纹轴线而产生的中间环节以及该中间环节所带来的误差影响。

进一步地，在本实用新型所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具中，所述圆锥形内孔的表面呈白色。

在优选的技术方案中，由于白色表面更易于获取漫反射的表面点云数据。因此，为了提高被光学设备的捕捉，以更好获取圆锥形内孔表面数据，所述圆锥形内孔的表面呈白色。

进一步地，在本实用新型所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具中，所述辅助测量柱体的外部轮廓呈圆柱形。

进一步地，在本实用新型所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具中，所述辅助测量柱体的外表面呈黑色或镜面。

在优选的技术方案中，为了避免光学设备在采集圆锥形内孔数据时受到辅助测量柱体的外表面数据的干扰，同时为了使得光学设备更好获取圆锥形内孔表面点云数据，可将辅助测量柱体的外表面构造为呈黑色或镜面。

相应地，本实用新型的另一目的在于提供一种采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统，该系统可以方便快捷地对螺纹位置进行检测，并且最终所获得检测结果误差小、精度高。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统，其包括：

安装基础面，其上设有螺纹孔；

辅助测量柱体，其内设有在其轴向方向上自其上端面向下延伸的圆锥形内孔，所述圆锥形内孔具有大口径端和小口径端，其中所述大口径端相对小口径端的上方，所述圆锥形内孔的虚拟顶点位于辅助测量柱体的下端面上；接口端，其设于辅助测量柱体的下方，所述接口端的外表面设有与所述螺纹孔适配的外螺纹以与所述螺纹孔螺纹连接，并且当接口端与螺纹孔螺纹连接时，所述安装基础面与辅助测量柱体的下端面紧密贴合；其中所述圆锥形内孔的轴线与接口端的轴线共轴设置；

光学设备，其被构造为从辅助测量柱体的垂直上方获取圆锥形内孔的表面图像；

处理模块，其与所述光学设备连接，所述处理模块基于所述表面图像拟合出虚拟的圆锥体，并且获取所述虚拟顶点的位置。

在本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统中，由于仅需要通过拟合虚拟的圆锥体从而获取虚拟顶点的位置，因而相较于现有技术通常需要拍摄两张以上的表面图像才能进行螺纹孔位置测量而言，本案的系统可以仅通过一张圆锥形内孔的表面图像就实现该效果。

进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述圆锥形内孔的表面呈白色。

进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述辅助测量柱体的外部轮廓呈圆柱形。

进一步地，在本实用新型所述的系统中，所述辅助测量柱体的外表面呈黑色或镜面。

相较于现有技术，本实用新型的所述用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具和系统具有如下有益效果：

本实用新型所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具利用圆锥体本身的几何结构，通过在辅助测量柱体内设有圆锥形内孔，并且将圆锥形内孔的虚拟顶点设置在辅助测量柱体的下端面，使得本案的虚拟顶点构造为虚拟点，从而将现有技术原本需要分别构造钣金安装面所在平面与螺纹轴线才能确定虚拟点的技术方案，改进为仅通过构造圆锥形内孔的虚拟顶点就能确定虚拟点。这使得在采用本案的辅助测量工具进行测量时，不仅检测时所需要的操作简单方便，有效提高了检测效率，而且还大大提高了检测结果的精确性和稳定性，避免了现有技术因分别构造钣金安装面所在平面与螺纹轴线而产生的中间环节以及该中间环节所带来的误差影响。

同样地，本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统也具有上述优点。

附图说明

图1示意性显示了现有技术中螺纹孔安装情况。

图2显示了现有技术中采用圆柱形辅助工具测量螺纹孔位置的状态。

图3显示了采用具有圆锥形内孔的辅助测量工具测量螺纹孔位置的原理。

图4显示了本实用新型所述的辅助测量工具在某些实施方式下的立体结构。

图5为图4所示的辅助测量工具的剖视图。

图6示意地显示了图4所示的辅助测量工具的外部结构。

图7显示了本实用新型所述的辅助测量工具设于安装基础面上的状态。

图8以剖视图的形式显示了本实用新型所述的辅助测量工具设于安装基础面上的状态。

图9为本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统在某些实施方式下的系统结构框图。

图10显示了本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统的实施步骤流程图。

图11显示了采用本实用新型所述的系统获得的圆锥形内孔表面点云数据的一个实例。

图12显示了采用本实用新型所述的系统拟合出的虚拟的圆锥体的一个实例。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具和系统做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本实用新型的技术方案构成不当限定。

图3显示了采用具有圆锥形内孔的辅助测量工具测量螺纹孔位置的原理。

如图3所示，根据圆锥体的几何结构可以看出，圆锥体具有唯一顶点Q，因此，通过光学设备获得圆锥体侧面S的全部或部分表面信息，就可以在构造出圆锥体的基础上获得其唯一顶点Q。而本技术方案就是希望通过获得该顶点Q的位置来检测螺纹孔的位置。

图4显示了本实用新型所述的辅助测量工具在某些实施方式下的结构。

图5为图4所示的辅助测量工具的剖视图。

图6示意地显示了图4所示的辅助测量工具的外部结构。

如图4、图5和图6所示，在本实用新型的某些实施例中，辅助测量工具5包括辅助测量柱体51，辅助测量柱体51内设有在其轴向方向上自其上端面向下延伸的圆锥形内孔510，可以看出该圆锥形内孔510为倒置的圆锥形，即大口径端511在上方，小口径端512在下方。此外，辅助测量工具5还包括接口端52，接口端52设于辅助测量柱体51的下端面下方，接口端51的外表面设有与螺纹孔适配连接的外螺纹521，圆锥形内孔510的轴线与接口端52的轴线共轴设置，圆锥形内孔510的虚拟顶点Q’位于辅助测量柱体51的下端面上。

从图4中可以看出，在某些实施方式中，圆锥形内孔510的内表面S1可以被设置为白色，同时辅助测量柱体51的外表面可以被设置为黑色。这能够使得圆锥形内孔的内表面图像更易于被光学设备捕捉，同时防止外表面数据对内表面数据的采集造成干扰。

在其他实施方式中，辅助测量柱体51的外表面也可以被设置为镜面。

从图6中可以看出，在某些实施方式中，辅助测量柱体51的外部轮廓可以为圆柱形。

图7以立体示意图的形式显示了本实用新型所述的辅助测量工具设于安装基础面上的状态。

图8以剖视图的形式显示了本实用新型所述的辅助测量工具设于安装基础面上的状态。

如图7和图8所示，在对螺纹孔位置进行测量时，辅助测量工具5被安装在安装基础面6上，安装基础面6上设有螺纹孔3，辅助测量工具5通过接口端52与螺纹孔3螺纹连接。

图9为本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统在某些实施方式下的系统结构框图。

如图9所示，同时结合图8，在某些实施方式中，本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统包括：安装基础面6，其上设有螺纹孔3；辅助测量柱体51通过接口端52被安装在安装基础面6上，辅助测量柱体51内设有圆锥形内孔510，圆锥形内孔的虚拟顶点Q’位于辅助测量柱体51的下端面上。可以看出，当接口端52与螺纹孔3螺纹连接时，安装基础面6与辅助测量柱体51的下端面紧密贴合，由于圆锥形内孔510的轴线与接口端52的轴线共轴设置，因此当安装基础面6与辅助测量柱体51的下端面紧密贴合时，圆锥形内孔510的轴线即为螺纹孔3的轴线，且虚拟顶点Q’的位置即表征着螺纹孔3的位置。因此，只需要获取虚拟顶点Q’的位置就可以获取螺纹孔3的位置。本实用新型所述的系统还包括光学设备，例如摄像机或类似的图像采集装置，其从辅助测量柱体51的垂直上方获取圆锥形内孔510的表面图像；处理模块，其与光学设备连接，处理模块基于圆锥形内孔510的表面图像拟合出虚拟的圆锥体，进而获取虚拟顶点Q’的位置，从而获取螺纹孔3的位置。

需要说明的是，本技术方案中的处理模块可以是基于硬件的处理装置，例如电子芯片、单片机、PLC等等，也可以是基于可编程的软件的处理装置，还可以是基于硬件搭载软件的处理装置。由于这些处理装置均是现有技术中已知的，因此本文在此对其不再进行赘述，也不对其做特别限定。

图10显示了本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统的实施步骤流程图。

图11显示了采用本实用新型所述的系统获得的圆锥形内孔表面点云数据的一个实例。

图12显示了采用本实用新型所述的系统拟合出的虚拟的圆锥体的一个实例。

如图10所示，同时结合图5至图9，在某些实施方式中，采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统的实施步骤包括：

100：将辅助测量柱体51通过接口端52安装于被测量的螺纹孔3上，以使安装基础面6与辅助测量柱体51的下端面紧密贴合。

200：光学设备从辅助测量柱体51的垂直上方获取圆锥形内孔510的表面图像，以获取圆锥形内孔510的表面点云数据(例如，如图11所示)。

300：处理模块基于表面点云数据拟合出虚拟的圆锥体(例如，如图12所示)，并获取该圆锥体的虚拟顶点Q’的位置。

400：将虚拟顶点Q’的位置作为螺纹孔的实际位置。

需要说明的是，在某些实施方式中，在获取了螺纹孔的实际位置坐标后，操作人员可以将该实际位置坐标人工地与螺纹孔的理论位置进行比较，从而获得螺纹孔的位置偏差。

在另外一些实施方式中，步骤400还包括处理模块将螺纹孔的实际位置与螺纹孔的理论位置进行比较，以得到螺纹孔位置偏差，并将该螺纹孔位置偏差输出。

需要说明的是，在步骤200中，通过表面图像获取表面点云数据可以通过光学设备自身所带的数据处理模块进行，也可以采用现有的外设的处理装置或元件进行，本案在此不做特别限制。此外，由于从图像获取图像的点云数据在现有技术中是已知的技术手段，因此本案对此过程也不再进行详细描述。

在一个实例中，基于上述技术方案，通过处理模块计算获得螺纹孔的实际位置坐标为(2837.91，-222.47，-249.05)，而其理论位置坐标为(2837.4，-223.42，-249.88)。由此可以看出，螺纹孔位置偏差在x、y、z三个方向上分别为-0.51mm、-0.95mm以及-0.83mm。

可以看出，本实用新型所述的采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统利用圆锥体的几何结构，通过在辅助测量柱体内设有圆锥形内孔，并且将圆锥形内孔的虚拟顶点设置在辅助测量柱体的下端面，使得本技术方案仅通过确定圆锥形内孔的虚拟顶点就能确定螺纹孔的位置，从而有效提高了检测效率，同时还大大提高了检测结果的精确性和稳定性，避免了现有技术因分别构造钣金安装面所在平面与螺纹轴线而产生的中间环节以及该中间环节所带来的误差影响。

需要说明的是，本实用新型的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本实用新型的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本实用新型的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本实用新型的具体实施例。显然本实用新型不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本实用新型公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其特征在于，包括：

辅助测量柱体，其内设有在其轴向方向上自其上端面向下延伸的圆锥形内孔，所述圆锥形内孔具有大口径端和小口径端，其中所述大口径端相对小口径端的上方，所述圆锥形内孔的虚拟顶点位于辅助测量柱体的下端面上；

接口端，其设于辅助测量柱体的下端面下方，所述接口端的外表面设有与螺纹孔适配连接的外螺纹；

其中，所述圆锥形内孔的轴线与接口端的轴线共轴设置。

2.如权利要求1所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其特征在于：所述圆锥形内孔的表面呈白色。

3.如权利要求1或2所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其特征在于：所述辅助测量柱体的外部轮廓呈圆柱形。

4.如权利要求1或2所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其特征在于：所述辅助测量柱体的外表面呈黑色。

5.如权利要求1或2所述的用于螺纹孔位置光学测量法的辅助测量工具，其特征在于：所述辅助测量柱体的外表面呈镜面。

6.一种采用光学测量法测量螺纹孔位置的系统，其特征在于，包括：

安装基础面，其上设有螺纹孔；

辅助测量柱体，其内设有在其轴向方向上自其上端面向下延伸的圆锥形内孔，所述圆锥形内孔具有大口径端和小口径端，其中所述大口径端相对小口径端的上方，所述圆锥形内孔的虚拟顶点位于辅助测量柱体的下端面上；接口端，其设于辅助测量柱体的下方，所述接口端的外表面设有与所述螺纹孔适配的外螺纹以与所述螺纹孔螺纹连接，并且当接口端与螺纹孔螺纹连接时，所述安装基础面与辅助测量柱体的下端面紧密贴合；其中所述圆锥形内孔的轴线与接口端的轴线共轴设置；

光学设备，其被构造为从辅助测量柱体的垂直上方获取圆锥形内孔的表面图像；

处理模块，其与所述光学设备连接，所述处理模块基于所述表面图像拟合出虚拟的圆锥体，并且获取所述虚拟顶点的位置。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述圆锥形内孔的表面呈白色。

8.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于：所述辅助测量柱体的外部轮廓呈圆柱形。

9.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于：所述辅助测量柱体的外表面呈黑色。

10.如权利要求6或7所述的系统，其特征在于：所述辅助测量柱体的外表面呈镜面。