多个检测设备联合测量工件形位公差的方法及系统与流程

1.本发明涉及测量技术领域，具体而言，涉及一种多个检测设备联合测量工件形位公差的方法及系统。


背景技术：

2.对测量大型工件而言，分成为在线测量和现场测量。传统的现场测量的关键问题是如何精确确定测量装置与被测工件的位置关系，也即测量基准难以确定。基准不准确，测量精度就无法保证。对在线测量而言，测量精度又严重依赖机床的原始精度。因此，如何提高测量精度一直是困扰检测的难题。数据采集是指通过特定的测量方法和设备，将物体表面形状转换成几何空间坐标点，从而形成尺寸数据的过程。目前数据检测分成为接触式测量和非接触式检测。接触式三维数据测量时利用测量探头在与被测量物体进行接触时发生一个记录信号，并通过设备记录下当时的标定传感器数值，从而获得三维数据信息。
3.但是对于大尺寸的工件及雷体的测量，若独立采用任何一种检测设备来进行测量，都会因其设备的工作特性及局限性(例如：只能测量大尺寸的整体特征或只能精确测量小尺寸的隐蔽位置)而导致最终无法得到客观全面的评价测量结果。现利用各设备之所长，发挥其现场灵活的机动能力，架构高精度的大型空间测量场，将其联合应用于各类大尺寸的复杂外形工件测量，使现场检测的应用达到新的高度。
4.针对现有技术中使用单一检测设备进行测量而导致无法得到客观全面的评价测量结果的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例中提供一种多个检测设备联合测量的方法、系统及计算机存储介质，以解决现有技术中使用单一检测设备进行测量而导致无法得到客观全面的评价测量结果的问题。
6.为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种多个检测设备联合测量工件形位公差的方法，该方法包括：将激光跟踪仪的四个靶座安装在待测工件的局部位置；设置四个靶座的相互具体位置，将所述激光跟踪仪的靶球依次安放在所述四个靶座上测量，以得到四个激光坐标点，根据所述四个激光坐标点建立激光跟踪仪的坐标系σ1；通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量拟合，以得到四个球心坐标点，根据所述四个球心坐标点建立关节臂的坐标系σ2；将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3；根据所述公共坐标系σ3对所述待测工件进行测量。
7.可选的，所述四个靶座的相互具体位置包括：所述四个靶座绕一个虚拟的圆心等间隔设置；或所述四个靶座围成一个正方形；或其中三个所述靶座围成一个等腰三角形，其中该等腰三角形的底边长度与该底边的高相等；另一个所述靶座位于所述等腰三角形的中心。
8.可选的，所述通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量拟
合，以得到四个球心坐标点包括：通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量，得到每个所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点；将当前所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点进行拟合，得到当前所述靶座位置对应的球心坐标点。
9.可选的，所述将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3包括：将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标；根据一点在所述σ1下的坐标、该点在所述σ2下的坐标，以及所述公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标计算得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵；根据所述坐标系变换矩阵得到所述公共坐标系σ3。
10.可选的，所述根据一点在所述σ1下的坐标、该点在所述σ2下的坐标，以及所述公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标计算得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵的公式为：
[0011][0012]aij
＝ei·ej
＝cos(ei,ej) (i＝1,2,3；j＝1,2,3)；
[0013]
其中，(x1,y1,z1)为所述靶球球心在所述σ1中的坐标，(x2,y2,z2)为所述靶球球心在所述σ2中的坐标，(x0,y0,z0)为所述σ3的坐标原点在所述σ1中的坐标，a
ij
表示所述σ3与所述σ1各坐标轴之间的夹角的余弦。
[0014]
另一方面，本发明提供了一种多个检测设备联合测量工件形位公差的系统，该系统包括：第一坐标系建立单元，用于将激光跟踪仪的四个靶座安装在待测工件的局部位置；设置四个靶座的相互具体位置，将所述激光跟踪仪的靶球依次安放在所述四个靶座上测量，以得到四个激光坐标点，根据所述四个激光坐标点建立激光跟踪仪的坐标系σ1；第二坐标系建立单元，用于通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量拟合，以得到四个球心坐标点，根据所述四个球心坐标点建立关节臂的坐标系σ2；拟合单元，用于将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3；测量单元，用于根据所述公共坐标系σ3对所述待测工件进行测量。
[0015]
可选的，所述四个靶座的相互具体位置包括：所述四个靶座绕一个虚拟的圆心等间隔设置；或所述四个靶座围成一个正方形；或其中三个所述靶座围成一个等腰三角形，其中该等腰三角形的底边长度与该底边的高相等；另一个所述靶座位于所述等腰三角形的中心。
[0016]
可选的，所述第二坐标系建立单元包括：测量子单元，用于通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量，得到每个所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点；第一拟合子单元，用于将当前所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点进行拟合，得到当前所述靶座位置对应的球心坐标点。
[0017]
可选的，所述拟合单元包括：第二拟合子单元，用于将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标；第一计算子单元，用于根据一点在所述σ1下的坐标、该点在所述σ2下的坐标，以及所述公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标计算得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵；第二计算子单元，用于根据所述坐标系变换矩阵计算得到所述公共坐标系σ3。
[0018]
可选的，所述第一计算子单元的公式为：
[0019][0020]aij
＝ei·ej
＝cos(ei,ej) (i＝1,2,3；j＝1,2,3)；
[0021]
其中，(x1,y1,z1)为所述靶球球心在所述σ1中的坐标，(x2,y2,z2)为所述靶球球心在所述σ2中的坐标，(x0,y0,z0)为所述σ3的坐标原点在所述σ1中的坐标，a
ij
表示所述σ3与所述σ1各坐标轴之间的夹角的余弦。
[0022]
本发明的有益效果：
[0023]
本发明提供了一种多个检测设备联合测量工件形位公差的方法，该方法利用激光跟踪仪测量激光可以投射到待测工件的区域，并建立激光跟踪仪的坐标系；对于激光跟踪仪激光无法投射到的区域，采用关节臂进行对背光隐蔽采集点的测量，并建立关节臂的坐标系；将激光跟踪仪的坐标系与关节臂的坐标系进行拟合，得到公共坐标系，根据公共坐标系对待测工件进行测量，可以得到待测工件的整体特性以及局部特性。本发明中，因待测工件比较大，充分利用激光跟踪仪大空间测量能力可以测量待测工件的整体特性，利用关节臂高精度测量能力能够提高大工件的测量精度，该方法实现简单，易用性高。
附图说明
[0024]
图1是本发明实施例提供的多个检测设备联合测量工件形位公差的方法的流程图；
[0025]
图2是本发明实施例提供的得到四个球心坐标点的流程图；
[0026]
图3是本发明实施例提供的得到公共坐标系的流程图；
[0027]
图4是本发明实施例提供的多个检测设备联合测量工件形位公差的系统的结构示意图；
[0028]
图5是本发明实施例提供的第二坐标系建立单元的结构示意图；
[0029]
图6是本发明实施例提供的拟合单元的结构示意图。
具体实施方式
[0030]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
现有技术中，对于大尺寸的工件及雷体的测量，都是独立采用任何一种检测设备来进行测量，都会因其设备的工作特性及局限性(例如：只能测量大尺寸的整体特征或只能精确测量小尺寸的隐蔽位置)而导致最终无法得到客观全面的评价测量结果。
[0032]
因而，本发明提供了一种多个检测设备联合测量工件形位公差的方法，图1是本发明实施例提供的多个检测设备联合测量工件形位公差的方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
[0033]
s101.将激光跟踪仪的四个靶座安装在待测工件的局部位置；设置四个靶座的相
互具体位置，将所述激光跟踪仪的靶球依次安放在所述四个靶座上测量，以得到四个激光坐标点，根据所述四个激光坐标点建立激光跟踪仪的坐标系σ1；
[0034]
首先将激光跟踪仪的四个靶座安装在待测工件的局部位置，该局部位置为激光跟踪仪的激光能够照射在待测工件的区域，设置四个靶座的相互具体位置；
[0035]
具体的，所述四个靶座的相互具体位置包括：
[0036]
所述四个靶座绕一个虚拟的圆心等间隔设置；即四个靶座形成十字型结构，在本发明的一个具体的实施方式中，该圆的直径为500mm。
[0037]
或所述四个靶座围成一个正方形；在本发明的一个具体的实施方式中，该正方形的边长为500mm。
[0038]
或其中三个所述靶座围成一个等腰三角形，其中该等腰三角形的底边长度与该底边的高相等；另一个所述靶座位于所述等腰三角形的中心。在本发明的一个具体的实施方式中，该等腰三角形的底边长度为500mm，该底边的高也为500mm。
[0039]
本发明中，通过将靶座有规则的放置可以降低测量的误差。
[0040]
s102.通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量拟合，以得到四个球心坐标点，根据所述四个球心坐标点建立关节臂的坐标系σ2；
[0041]
在一个可选的实施方式中，图2是本发明实施例提供的得到四个球心坐标点的流程图，如图2所示，所述s102包括：
[0042]
s1021.通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量，得到每个所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点；
[0043]
在本发明一个具体的实施方式中，通过关节臂的探针在所述待测工件的第一个靶座位置进行测量，得到第一个靶座位置对应的9个隐蔽采集点(即背光的隐蔽采集点)；通过关节臂的探针在所述待测工件的第二个靶座位置进行测量，得到第二个靶座位置对应的9个隐蔽采集点；通过关节臂的探针在所述待测工件的第三个靶座位置进行测量，得到第三个靶座位置对应的9个隐蔽采集点；通过关节臂的探针在所述待测工件的第四个靶座位置进行测量，得到第四个靶座位置对应的9个隐蔽采集点。
[0044]
s1022.将当前所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点进行拟合，得到当前所述靶座位置对应的球心坐标点。
[0045]
将第一个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第一个靶座位置对应的第一个球心坐标点；将第二个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第二个靶座位置对应的第二个球心坐标点；将第三个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第三个靶座位置对应的第三个球心坐标点；将第四个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第四个靶座位置对应的第四个球心坐标点。
[0046]
s103.将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3；
[0047]
在一个可选的实施方式中，图3是本发明实施例提供的得到公共坐标系的流程图，如图3所示，所述s103包括：
[0048]
s1031.将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标；
[0049]
具体的，将激光跟踪仪测得的四个激光坐标点与关节臂测得的四个球心坐标点使
用最小二乘法进行拟合，得到公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标。
[0050]
s1032.根据一点在所述σ1下的坐标、该点在所述σ2下的坐标，以及所述公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标计算得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵；
[0051]
所述得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵的公式为：
[0052][0053]aij
＝ei·ej
＝cos(ei,ej) (i＝1,2,3；j＝1,2,3)；
[0054]
其中，(x1,y1,z1)为所述靶球球心在所述σ1中的坐标，(x2,y2,z2)为所述靶球球心在所述σ2中的坐标，(x0,y0,z0)为所述σ3的坐标原点在所述σ1中的坐标，a
ij
表示所述σ3与所述σ1各坐标轴之间的夹角的余弦。
[0055]
s1033.根据所述坐标系变换矩阵得到所述公共坐标系σ3。
[0056]
即根据所述σ3与所述σ1各坐标轴之间的夹角的余弦，以及所述σ1，即可求得所述公共坐标系σ3。
[0057]
s104.根据所述公共坐标系σ3对所述待测工件进行测量。
[0058]
本发明中，根据公共坐标σ3对待测工件进行的测量，既充分利用了激光跟踪仪大空间测量能力可以测量待测工件的整体特性，又利用了关节臂高精度测量能力可以提高大工件的测量精度。
[0059]
图4是本发明实施例提供的多个检测设备联合测量工件形位公差的系统的结构示意图，如图4所示，该系统包括：
[0060]
第一坐标系建立单元201，用于将激光跟踪仪的四个靶座安装在待测工件的局部位置；设置四个靶座的相互具体位置，将所述激光跟踪仪的靶球依次安放在所述四个靶座上测量，以得到四个激光坐标点，根据所述四个激光坐标点建立激光跟踪仪的坐标系σ1；
[0061]
首先将激光跟踪仪的四个靶座安装在待测工件的局部位置，该局部位置为激光跟踪仪的激光能够照射在待测工件的区域，设置四个靶座的相互具体位置；
[0062]
具体的，所述四个靶座的相互具体位置包括：
[0063]
所述四个靶座绕一个虚拟的圆心等间隔设置；即四个靶座形成十字型结构，在本发明的一个具体的实施方式中，该圆的直径为500mm。
[0064]
或所述四个靶座围成一个正方形；在本发明的一个具体的实施方式中，该正方形的边长为500mm。
[0065]
或其中三个所述靶座围成一个等腰三角形，其中该等腰三角形的底边长度与该底边的高相等；另一个所述靶座位于所述等腰三角形的中心。在本发明的一个具体的实施方式中，该等腰三角形的底边长度为500mm，该底边的高也为500mm。
[0066]
本发明中，通过将靶座有规则的放置可以降低测量的误差。
[0067]
第二坐标系建立单元202，用于通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量拟合，以得到四个球心坐标点，根据所述四个球心坐标点建立关节臂的坐标系σ2；
[0068]
在一个可选的实施方式中，图5是本发明实施例提供的第二坐标系建立单元的结构示意图，如图5所示，所述第二坐标系建立单元202包括：
[0069]
测量子单元2021，用于通过关节臂的探针依次在所述待测工件的四个靶座位置进行测量，得到每个所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点；
[0070]
在本发明一个具体的实施方式中，通过关节臂的探针在所述待测工件的第一个靶座位置进行测量，得到第一个靶座位置对应的9个隐蔽采集点(即背光的隐蔽采集点)；通过关节臂的探针在所述待测工件的第二个靶座位置进行测量，得到第二个靶座位置对应的9个隐蔽采集点；通过关节臂的探针在所述待测工件的第三个靶座位置进行测量，得到第三个靶座位置对应的9个隐蔽采集点；通过关节臂的探针在所述待测工件的第四个靶座位置进行测量，得到第四个靶座位置对应的9个隐蔽采集点。
[0071]
第一拟合子单元2022，用于将当前所述靶座位置对应的多个隐蔽采集点进行拟合，得到当前所述靶座位置对应的球心坐标点。
[0072]
将第一个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第一个靶座位置对应的第一个球心坐标点；将第二个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第二个靶座位置对应的第二个球心坐标点；将第三个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第三个靶座位置对应的第三个球心坐标点；将第四个靶座位置对应的9个隐蔽采集点进行拟合，得到第四个靶座位置对应的第四个球心坐标点。
[0073]
拟合单元203，用于将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3；
[0074]
在一个可选的实施方式中，图6是本发明实施例提供的拟合单元的结构示意图，如图6所示，该拟合单元203包括
[0075]
第二拟合子单元2031，用于将所述激光跟踪仪的坐标系σ1和所述关节臂的坐标系σ2进行拟合，得到公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标；
[0076]
具体的，将激光跟踪仪测得的四个激光坐标点与关节臂测得的四个球心坐标点使用最小二乘法进行拟合，得到公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标。
[0077]
第一计算子单元2032，用于根据一点在所述σ1下的坐标、该点在所述σ2下的坐标，以及所述公共坐标系σ3的坐标原点在所述σ1下的坐标计算得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵；
[0078]
所述得到所述σ3与所述σ1之间的坐标系变换矩阵的公式为：
[0079][0080]aij
＝ei·ej
＝cos(ei,ej) (i＝1,2,3；j＝1,2,3)；
[0081]
其中，(x1,y1,z1)为所述靶球球心在所述σ1中的坐标，(x2,y2,z2)为所述靶球球心在所述σ2中的坐标，(x0,y0,z0)为所述σ3的坐标原点在所述σ1中的坐标，a
ij
表示所述σ3与所述σ1各坐标轴之间的夹角的余弦。
[0082]
第二计算子单元2033，用于根据所述坐标系变换矩阵计算得到所述公共坐标系σ3。
[0083]
即根据所述σ3与所述σ1各坐标轴之间的夹角的余弦，以及所述σ1，即可求得所述公共坐标系σ3。
[0084]
测量单元204，用于根据所述公共坐标系σ3对所述待测工件进行测量。
[0085]
本发明中，根据公共坐标σ3对待测工件进行的测量，既充分利用了激光跟踪仪大空间测量能力可以测量待测工件的整体特性，又利用了关节臂高精度测量能力可以提高大工件的测量精度。
[0086]
本发明的有益效果：
[0087]
本发明提供了一种多个检测设备联合测量工件形位公差的方法，该方法利用激光跟踪仪测量激光可以投射到待测工件的区域，并建立激光跟踪仪的坐标系；对于激光跟踪仪激光无法投射到的区域，采用关节臂进行对背光隐蔽采集点的测量，并建立关节臂的坐标系；将激光跟踪仪的坐标系与关节臂的坐标系进行拟合，得到公共坐标系，根据公共坐标系对待测工件进行测量，可以得到待测工件的整体特性以及局部特性。本发明中，因待测工件比较大，充分利用激光跟踪仪大空间测量能力可以测量待测工件的整体特性，利用关节臂高精度测量能力能够提高大工件的测量精度，该方法实现简单，易用性高。
[0088]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。