一种钢琴码克弦轴孔综合定位加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢琴码克制造领域，具体涉及钢琴码克弦轴孔定位、弦轴孔木圈压入、 弦轴孔木圈钻孔等过程。
【背景技术】
[0002] 一、钢琴码克弦轴孔、弦轴孔木圈压入、弦轴孔木圈钻孔
[0003] 钢琴码克由音板、弦轴板和码克铁板组成，是钢琴的音源系统，是声波震动引发共 鸣的部分。钢琴码克铁板上的弦轴孔在前道工序，根据码克图纸上标注的弦轴孔中心坐标 位置，已经对码克铁板上的弦轴孔完成了钻孔加工。
[0004] 码克铁板固定安装到弦轴木板和音板上，随弦轴木板和音板整体在弦轴孔木圈压 入与钻孔机床（简称机床）上进行装夹固定。数控系统根据钢琴码克图纸上弦轴孔圆心坐 标值，对弦轴孔逐一进行弦轴孔木圈压入和弦轴孔木圈钻孔进行加工。也就是把直径略大 于弦轴孔直径的木圈压入弦轴孔，然后对弦轴孔木圈进行钻孔，要求钻孔必须对准弦轴孔 圆心（即木圈的圆心），否则为不合格。图1 (a)码克铁板上的一个弦轴孔；图1 (b)是一个弦 轴孔木圈，这个弦轴孔木圈将被压入弦轴孔；图1(c)是木圈压入弦轴孔后的情形；图1(d) 对准弦轴孔圆心位置钻孔后的情形；图1(e)是未对准弦轴孔圆心钻孔的情形。图1(d)是 合格的弦轴孔木圈压入和钻孔，图1(e)是不合格的弦轴孔木圈压入和钻孔。
[0005] 二、传统的钢琴码克弦轴孔定位、弦轴孔木圈压入和钻孔
[0006] 根据钢琴码克图纸上的坐标系，在弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）上完 成钢琴码克部件的工装和工件坐标原点设置后，数控系统可以根据钢琴码克图纸上弦轴孔 圆心坐标值，对准弦轴孔圆心进行弦轴孔木圈压入和钻孔加工。
[0007] 但是，由于码克铁板与弦轴板、音板的装配误差，码克部件在弦轴孔木圈压入与钻 孔机床（简称机床）上的工装误差，以及弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）工件原 点设置的误差，机床上弦轴孔圆心坐标值与钢琴码克图纸上标记的坐标值存在一定误差。
[0008] 如果按照钢琴码克图纸上的弦轴孔圆心坐标值进行弦轴孔木圈压入和钻孔加工， 就会发生木圈压入偏心和钻孔偏心的问题。如图1(e)所示。
[0009] 因此，需要对机床上的钢琴码克弦轴孔圆心进行检测定位，从而保障在进行木圈 压入和钻孔时能够对准弦轴孔圆心。
[0010] 钢琴码克图纸如图2所示，弦轴孔分布在钢琴码克铁板的下部，码克铁板四周有 固定螺栓，将码克铁板固定在弦轴板和音板上。钢琴码克图纸上的坐标系记为U0V，左下角 为坐标原点，坐标方向如图所示。两个弦轴孔SJPS2被选取为定位基准孔，其圆心坐标分 别为（US1,vsl)和（uS2,vS2)。所有弦轴孔及圆心坐标记为Pj(?Vj)，1彡j彡η,η为总的弦 轴孔个数。
[0011] 前道工序根据钢琴码克图纸，完成码克铁板弦轴孔钻孔后，码克铁板与弦轴板、音 板装配成一个整体，安装到弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）上。数控系统将机床 工件Χ0Υ坐标系原点设置在钢琴码克部件的左下角，如图3所示。由于码克铁板与弦轴板、 音板的装配误差，码克部件在弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）上的工装误差，以及 弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）工件原点位置设置的误差，在机床工件坐标系下 的弦轴孔圆心坐标值与钢琴码克图纸上标记的坐标值存在一定误差。机床工件XOY坐标 系下定位基准孔及其圆心坐标记为?\ (xT1，yT1)和Τ2(χτ2,yT2)，所有弦轴孔及圆心坐标记为 Qj(土，乃），1<j<η，η为总的弦轴孔个数。一般而言，机床上实际的弦轴孔圆心坐标与图 纸上的弦轴孔圆心坐标偏差不会大于弦轴孔直径的四分之一（大约2_左右）。
[0012] 在不考虑前道工序弦轴孔钻孔误差的条件下，可以认为机床工件Χ0Υ坐标系上弦 轴孔坐标值Q, (X]，y])是由图纸上坐标值P, (U]，V])进行旋转平移变换后得到，且两者差别 不会很大。因此，数控系统可以根据基准孔Sjuwvj和52(叫2，化2)坐标值，控制激光或红 外线定位检测装置移动到?\ (xT1，yT1)和T2 (xT2,yT2)附近，通过检测弦轴孔边沿位置坐标，精 确测定 (xT1,yT1)和T2 (xT2,yT2)坐标值。然后，根据Si(usl,vsl)、S2 (uS2,vS2)、(xT1,yT1)和 T2 (xT2,yT2)计算出钢琴码克图纸UOV坐标系到机床工件XOY坐标系的旋转平移运算公式，并 根据这一公式，和钢琴码克图纸U0V坐标系中所有弦轴孔圆心坐标P, (&，V])，计算出机床 工件Χ0Υ坐标系中所有弦轴孔圆心坐标理论值％ (&，I)，1彡j彡η，η为总的弦轴孔个数。
[0013] 数控系统根据计算出的弦轴孔圆心坐标理论值Q, (? y])，进行弦轴孔木圈压入与 钻孔加工。
[0014] 但是，由于激光或红外线定位检测装置在检测基准孔边沿位置坐标时存在一定的 误差，前道工序进行码克铁板弦轴孔钻孔加工时，弦轴孔边沿也会存在一定误差。这些误差 可能导致弦轴基准孔圆心坐标定位存在一定的偏差。根据两个存在一定偏差的基准孔圆心 坐标导出的旋转平移公式，有可能导致计算出的弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床） 上弦轴孔理论圆心坐标位置与弦轴孔实际圆心坐标位置存在偏差。这一偏差可能导致弦轴 孔木圈压入位置偏心，以及弦轴孔木圈中心钻孔位置偏心。这会对弦轴固定和调音时的弦 轴旋转造成不稳定。
[0015] 为此，本发明提出了一种钢琴码克弦轴孔综合定位方法。该方法选取5~9个弦轴 孔作为定位基准孔，通过对多个弦轴定位基准孔进行定位检测，消除单纯检测2个定位基 准孔所带来的误差；该方法定义6个系数，采用线性变换，建立钢琴码克图纸上弦轴孔圆心 坐标到弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）上钢琴码克弦轴孔圆心坐标之间的变换关 系；通过选取的5~9个弦轴基准孔在钢琴码克图纸上的圆心坐标值和在弦轴孔木圈压入 与钻孔机床（简称机床）上的实际测量坐标值，采用最小二乘法，计算得到6个变换系数。 从而，使得变换公式能够保证弦轴定位基准孔圆心坐标从钢琴码克图纸坐标系U0V上经变 换模型公式变换到机床工件Χ0Υ坐标系后，能够与机床工件Χ0Υ坐标系下的钢琴码克弦轴 定位基准孔实际圆心坐标最大限度地接近重合。这样，根据钢琴码克图纸上所有弦轴孔圆 心坐标，利用该变换公式，计算出的弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）上全部钢琴码 克弦轴孔圆心坐标的理论值。根据计算出的弦轴圆心坐标理论值，对弦轴孔圆心进行弦轴 孔木圈压入与钻孔加工，可以最大限度地保证弦轴孔木圈压入与钻孔对准弦轴孔实际圆心 位置。
【发明内容】
[0016] 一、钢琴码克弦轴孔坐标系、定位基准孔与弦轴孔
[0017] 在图2钢琴码克图纸的基础上，选取多个（5~9个）弦轴孔作为为定位基准孔， 如图4所示。7个弦轴孔5 1、&、…、S7被选取为定位基准孔，其圆心坐标分别为（usl，vsl)、 (uS2,vS2)、…、（uS7,vS7) 〇所有弦轴孔及圆心坐标记为P.j(岛，v.j)，1彡j彡η,η为总的弓玄轴 孔个数。
[0018] 在图3弦轴孔木圈压入与钻孔机床（简称机床）工件Χ0Υ坐标系下弦轴孔圆心坐 标的基础上，选取与图4中定位基准孔对应的弦轴孔为定位基准孔，如图5所示。机床工件 Χ0Υ坐标系下定位基准孔及其圆心坐标记为Tjxn,yT1)、T2(xT2,yT2)、"·、Τ7(χΤ7,yT7)，所有弦 轴孔及圆心坐标记为Q, (1,，y])，1彡j彡n，n为总的弦轴孔个数。
[0019] 二、一种钢琴码克弦轴孔综合定位方法，其特征包括如下步骤
[0020] 第1步：将弦轴孔铁板固定在音板上，将音板装夹固定在弦轴孔木圈压入与钻孔 机床上；
[0021] 第2步：设定弦轴孔木圈压入与钻孔机床工件Χ0Υ坐标系，使得Χ0Υ坐标系与钢琴 码克图纸U0V坐标系尽可能一致；
[0022] 第3步：根据在钢琴码克图纸上选取相互距离较为分散的5~9个弦轴孔作为定 位基准孔，记为S^S；；、…、Si、5~9。钢琴码克图纸上这些定位基准孔圆心坐 标记为S! (usl,vsl)、S2(us2,vS2)、…、Si(usi,vsi)、…、Sm(uSm,vSm);
[0023]第4步：根据钢琴码克图纸上定位基准孔圆心坐标值Si(usl，vsl)，令激光或红外线 定位检测装置快速移动至定位基准孔圆心处。令激光或红外线定位检测装置 沿X轴负方向移动，直至检测到弦轴孔?\ (xT1，yT1)的边沿位置，记下当前X坐标X;令定位 检测装置沿X轴正方向移动，直至检测到弦轴孔?\ (xT1，yT1)的另一侧边沿位置，记下当前X 坐标x+;然后计算出数控弦轴钻孔机床上的弦轴板的弦轴孔Ti的实际圆心的X坐标XT1 = (χ+Χ+)/2。同理，可以得到弦轴孔Si的实际圆心的Υ坐标yT1=(y+y+)/2。至此，得到了 弦轴孔?\的实际圆心坐标位置Ti(xT1，yT1);
[0024] 第5步：重复第4步，依次得到机床工件Χ0Υ坐标系下的弦轴基准孔圆心坐标的实 际测里值 (xT1,yT1)、T2 (xT2,yT2)、…、?\ (xTi,yTi)、…、Tm(xTm,yTm);
[0025] 第6步：建立钢琴码克图纸弦轴孔圆心坐标（u，v)与弦轴孔木圈压入与钻孔机床 工件坐标系下的弦轴孔圆心坐标（X，y)之间的变换关系：
[0026]X=au+bv+c(la)
[0027]y=du+ev+f(lb)
[0028]第7步：将钢琴码克图纸上的弦轴基准孔的圆心坐标值Si(usl，vsl)、 S2(us2，vs2)、.'SjuwVsi)、...、Sm(uSm，vSm)代入⑴式，计算出钻孔机床工件坐标系下对应 的弦轴基准孔圆心坐标的理论值?\(χ'T1，y'T1)、T2(x'T2，y'Τ2)、···、Ι\(χ'Ti，y' Ti)、…、 Τ|?ι(XTmJyTm).
[0029]x' Tl- =aus, +bvc,+c Γ1 , , p， 1 ^i^m(2)
[0030]yTi=duSi+evSi+f
[0031]
[0032] 第8步：计算机床工件坐标系下对应的弦轴基准孔圆心坐标的理论值 TlVτι,太T1)、T2VT2,太 T2)、…、IWTi,< Ti)、…、TmVTm，太 Tm)与机床工件Χ0Υ 坐标系下的弦轴基准孔圆心坐标的实际测量值(xT1,yT1)、T2(xT2,yT2)、…、^ (xTi,yTi)、…、 Tn(xTn，yTn)之间的均方差，得：
[0033]
(3)
[0034] 第9步：将（2)式代入（3)式，得：
[0035]
(4)
[0036] 第10步：将（4)式分别对变换系数a,b,c,d,e,f求偏导数，并令其等于0,得到如 下方程组：
[0037] ^i=ii=li=t
[0038] 第11步：解方程组（5)，得到变换系数a，b，c，d，e，f;
[0039] 第12步：将钢琴码克图纸上所有弦轴孔圆心坐标值P,(U]，V])逐一代入⑴式，得 到对应的钻孔机床上对应的弦轴孔圆心坐标的理论值％ (Xj，I)，其中1彡j彡η，η为弦轴 孔的总个数；
[0040]第13步：令数控弦轴钻孔机床根据弦轴孔圆心坐标的理论值Q, (x]，y])， 1 <j<n，移动到弦轴孔圆心坐标的理论位置，将弦轴木圈压入弦轴孔，并对弦轴木圈钻 孔。
【附图说明】
[0041] 图1为钢琴码克弦轴孔、木圈及木圈钻孔示意图。
[0042] 其中（a)码克铁板上的弦轴孔；(b)弦轴孔木圈；（c)木圈压入弦轴孔；
[0043] (d)对准弦轴孔圆心位置钻孔；(e)未对准弦轴孔圆心钻孔。
[0044] 图2为钢琴码克图纸，标注有定位基准孔与弦轴孔。
[0045] 图3为弦轴孔木圈压入与钻孔机床工件坐标系下钢琴码