WO2011156941A1 - 实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法 - Google Patents

实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法 Download PDF

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陈定祥
张晶
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李文沛
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成广伟
邵俊昌
袁亦竑
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Abstract

公开了一种实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法。在大型构件上预设安装测量基准点,并通过机床加工大型构件上预埋的金属件,产生机床加工点,在大型构件两侧分别设置光学测站,确定安装测量基准点分别与两侧机床加工点的几何关系,然后以安装测量基准点为公共点,通过空间直角坐标系的旋转、平移,将左右两个光学测站的观测点坐标值统一到同一个光学测站的坐标系中,再以机床加工点为公共点,通过空间直角坐标系的旋转、平移,将光学测站的观测点坐标值统一到大地坐标系中,获得安装测量基准点在大地坐标系中的坐标,作为大型构件现场安装的基准,用于大型构件现场安装施工和竣工后检测等各工序控制,解决了现场安装和工厂制作的控制点转换问题,缩短了机床占用时间,进而提高了大型构件的生产效率。

Description

实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法 技术领域

本发明属于精密基准点空间转换的一种方法, 尤其涉及一种实现从机床 加工点到安装测量基准点的空间转换方法。 背景技术

对于安装精度要求高的大型构件而言, 利用大型数控机床对金属预埋件 进行加工,在大型构件上生成空间平面及孔 这类加工点空间位置精度高, 然而其位置通常不适合用于现场安装测量, 因此还需要在大型构件上另外设 立安装测量基准。

目前通常有两种方法, 一种方法是利用机床系统在大型构件适合设置安 装基准的位置加工出安装测量基准孔及面; 另一种方法是在大型构件上适合 设置安装基准的位置预设经精密加工的测量基准装置, 再通过机床测量系统 测出测量基准装置的空间坐标。

这两种测定安装测量基准孔坐标的方法都要利用机床系统, 因而大型构 件均须停留在机加工工位, 占用机加工生产线的工作效率, 要达到相同的工 作效率, 可能需要增加生产线的数量, 加大投资。 发明的公开

本发明提供的一种实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方 法, 通过测量仪器的运用, 将机加工制作的精确空间构件加工点位转换到有 利于野外观测的测量点位上, 解决了现场安装和工厂制作的控制点转换问 题, 提高了机床加工效率。

为了达到上述目的, 本发明提供一种实现从机床加工点到安装测量基准 点的空间转换方法, 包含以下步骤:

步骤 1、 制作安装测量基准点;

安装测量基准点为预制高精度测量基座, 基准点是一种强制对中装置, 确认本 可以通过标定尺寸的转换支架精密引出光学测站的观测棱镜, 所述的安装测 量基准点数量不少于 3个;

步骤 2、 将安装测量基准点设置到大型构件上.;

将安装测量基准点预埋在大型构件上, 且不高于构件上表面, 安装测量 基准点位置尽可能接近构件上表面的端角;

步骤 3、 大型构件进入机加工工位, 利用大型数控机床系.统对大型构件 上预埋的金属埋件进行机加工, 将相应的加工面及孔位设为机床加工点, 并 获得机床加工点在大地坐标系中的坐标;

步骤 4、 将大型构件移离机加工工位;

步骤 5、 在大型构件两侧分别设置光学测站, 分别观测所有的安装测量 基准点和大型构件两侧的机床加工点, 分别在两侧光学测站的直角坐标系统 中, 确立安装测量基准点分别与两侧机床加工点的几何关系;

步骤 5.1、左侧光学测站测量所有安装测量基准点和左侧机床加工点在左 侧光学测站坐标系内的坐标;

步骤 5.2右侧光学测站测量所有安装测量基准点和右侧机床加工点在右 侧光学测站坐标系内的坐标;

步骤 6、 以安装测量基准点为公共点, 通过空间直角坐标系的旋转、 平 行,将左右两个光学测站的观测点坐标值统一到同一个光学测站的坐标系 Φ; 步骤 7、 以机床加工点为公共点, 通过空间直角坐标系的旋转、 平行, 将步骤 6得到的光学测站的观测点坐标值统一到大地坐标系中, 获得安装测 量基准点在大地坐标系中的坐标, 作为大型构件现场安装的基准, 用于大型 构件现场安装施工和竣工后检测的各工序控制;

所述步骤 6和步骤 7中, 作为公共点的安装测量基准点和机床加工点的 数量皆不少于 3个。

本发明解决了现场安装和工厂制作的控制点转换问题, 提高了机床加工 效率。 附图的简要说明

图 1是本发明实施例中大型构件上机床加工点以及安装测量基准点的布 置示意图; 图 2是本发明实施例中大型构件左侧设置光学测站的示意图;

图 3是本发明实施例中大型构件右侧设置光学测站的示意图。 实现本发明的最佳方式

以下根据图 1〜图 3, 具体说明本发明的较佳实施方式:

一种实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法, 包含以下步 骤:

步骤 1、 制作安装测量基准点;

步骤 2、 将安装测量基准点设置到大型构件上;

如图 1所示, 在大型构件上设置四个安装测量基准点 5、 6、 7、 8; 步骤 3、 大型构件进入机加工工位, 机床系统对大型构件进行机加工, 在大型构件上制作机加工孔位, 作为机床加工点;

如图 1所示, 在大型构件上加工四个机床加工点 1、 2、 3、 4;

机床加工点 1、 2、 3、 4在大地坐标系中的坐标如下表:

Figure imgf000005_0001

步骤 4、 将大型构件移离机加工工位;

步骤 5、 在大型构件两侧设置光学测站, 分别观测大型构件两侧的机床 加工点和安装测量基准点, 分别在两侧光学测站的直角坐标系统中, 确立两 侧机床加工点和安装测量基准点的几何关系;

采用测回法和空间交会法对待测点 (机床加工点和安装测量基准点)进 行观测, 获得坐标值;

测回法指观测时先用盘左顺时针观测目标, 完成上半测回观测, 再用盘 右逆时针观测目标, 完成下半测回观测, 上、 下半测回构成一测回观测, 根 据预先设定精度, 可决定采用多少测回数, 每个测回使用不同的水平度盘; 空间交会法是指空间前方交会, 即通过两台或多台光学测站同时观测相 同的待测点; 步骤 5.1、 如图 2所示, 在大型构件左侧设置第一光学测站 9, 该光学测 站 9采用徕卡 2003全站仪等高精度测量仪器,利用光学测站 9同步观测四个 安装测量基准点 5、 6、 7、 8和大型构件左侧的机床加工点 1、 3, 在以全站 仪 9的仪器中心及度盘系统 (度盘系统即为以仪器中心为原点 0, 以仪器内 部水平角 0度方向为 X轴, 以铅垂为 Z轴, ZOX平面通过 O点的法线为 Y 轴建立的空间直角坐标系)为基础的直角坐标系 U1中, 确立了基准点 5、 6、 7、 8与左侧机加工孔位 1、 3的几何关系;

第一光学测站 9测得顶面安装测量基准点 5、 6、 7、 8及左侧机加工孔位 1、 3在 U1坐标系内的坐标如下:

Figure imgf000006_0001

步骤 5.2、 如图 3所示, 在大型构件右侧设置第二光学测站 10, 该光学 测站 10采用徕卡 2003全站仪等高精度测量仪器,利用光学测站 10同步观测 四个安装测量基准点 5、 6、 7、 8和大型构件右侧的机床加工点 2、 4, 在以 全站仪 10的仪器中心及度盘系统为基础的直角坐标系 U2中,确立了基准点 5、 6、 7、 8与右侧机加工孔位 2、 4的几何关系;

第二光学测站 9测得顶面安装测量基准点 5、 6、 7、 8及右侧机加工孔位 2、 4在 U2坐标系内的坐标如下:

占号 XU2 Yu2 Zu2

5 0.4702 -8.8280 1.0022

6 2.0996 -8.2173 1.0325

7 9.0837 -31.8069 0.9978

8 10.7126 -31.1962 1.0283

2 2.2865 -8.3288 0.6847

4 10.7804 -30.9895 0.6809 步骤 6、 以安装测量基准点为公共点, 通过空间直角坐标系的旋转、 平 行, 将两个光学测站的观测点坐标值统一到同一个光学测站的坐标系中; 本实施例中, 空间直角坐标系旋转模型如下:

-siny 0、 、 ίχΔ

cosy 0 y + y。 或记为

0 K

Figure imgf000007_0001

其中, XYZ及 xyz分别为同一点分别在两个坐标系中的坐标值, α、 β、 γ为两个坐标系之间的旋转参数, x0、 y0、 ζθ为两个坐标系之间的平移参数, k为矢量长度比例系数;

步骤 6.1、 利用公共基准点 5、 6、 7、 8, 采用最小二乘法平差计算出空 间直角坐标系 Ul、 U2之间的转换参数, 如下表所示:

Figure imgf000007_0002

步骤 6.2、 根据转换参数, 计算出右侧机加工孔位 2、 4由 U2坐标系转 换至 U1坐标系的坐标值, 从而获得 4个公共点基准点 5、 6、 7、 8和 4个机 加工孔位 1、 2、 3、 4在 U1坐标系中的坐标, 如下表:

点号 Χυι Υυι Ζυι

5 0.1367 42.1 165 1.0022

6 1.8740 42.2086 1.0326

7 1.4366 17.6109 0.9980

8 3.1739 17.7031 1.0283

1 0.0220 41.9402 0.6500

3 1.3039 17.7742 0.6458 2 2.0188 42.0460 0.6847

4 3.3007 17.8799 0.6810

步骤 7、 以机床加工点为公共点, 通过空间直角坐标系的旋转、 平行, 将步骤 6得到的光学测站的观测点坐标值统一到大地坐标系中;

步骤 7.1、 利用公共机床加工点 1、 2、 3、 4 采用最小二乘法平差计算 出空间直角坐标系 Ul、 大地坐标系之间的转换参数, 如下表所示:

Figure imgf000008_0001

步骤 7.2、 根据转换参数, 获得 4个基准点 5、 6、 7、 8在大地坐标系中 的坐标, 如下表:

Figure imgf000008_0002

将 4个基准点 5、 .6、 7、 8在大地坐标系中的坐标, 作为大型构件现场安 装的基准, 用于大型构件现场安装施工和竣工后检测的各工序控制。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍, 但应当认识 到上述的描述不应被认为是对 发明的限制。 在本领域技术人员阅读了上述 内容后, 对于本发明的多种 ^改和替代都将是显而易见的。 因此, 本发明的 保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

权利 要 求 1. 一种实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法, 其特征在于, 该方法包含以下步骤:
步骤 1、 制作安装测量基准点;
步骤 2、 将安装测量基准点设置到大型构件上;
步骤 3、大型构件进入机加工工位,利用大型数控机床系统对大型构 件上预埋的金属埋件进行机加工, 将相应的加工面及加工孔位设为机床 加工点, 并获得机床加工点在大地坐标系中的坐标;
步骤 4、 将大型构件移离机加工工位;
步骤 5、在大型构件两侧分别设置光学测站,分别观测所有的安装测 量基准点和大型构件两侧的机床加工点, 分别在两侧光学测站的直角坐 标系统中, 确立安装测量基准点分别与两侧机床加工点的几何关系; 步骤 6、 以安装测量基准点为公共点, 通过空间直角坐标系的旋转、 平行, 将左右两个光学测站的观测点坐标值统一到同一个光学测站的坐 标系中;
步骤 7、以机床加工点为公共点,通过空间直角坐标系的旋转、平行, 将步骤 6得到的光学测站的观测点坐标值统一到大地坐标系中, 获得安 装测量基准点在大地坐标系中的坐标, 作为大型构件现场安装的基准, 用于大型构件现场安装施工和竣工后检测的各工序控制。
2. 如权利要求 1 所述的实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方 法, 其特征在于, 所述的步骤 5包含以下步骤:
步骤 5.1、 左侧光学测站测量所有安装测量基准点和左侧机床加工点 在左侧光学测站坐标系内的坐标;
步骤 5.2、右侧光学测站测量所有安装测量基准点和右侧机床加工点 在右侧光学测站坐标系内的坐标。
3. 如权利要求 2所述的实现从机床加工点到安装测量基准 的空间转换方 法, 其特征在于,所述步骤 6和步骤 7中,作为公共点的安装测量基准点 和机床加工点的数量皆不少于 3个。
4. 如权利要求 2 所述的实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方 法, 其特征在于, 所述的安装测量基准点数量不少于 3个。
5. 如权利要求 4所述的实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方 法, 其特征在于, 所述的安装测量基准点为预制高精度测量基座。
6. 如权利要求 5 所述的实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方 法, 其特征在于, 所述的安装测量基准点位置设置在构件上表面的端角。
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