用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于幾何量精密測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速弓I出工裝及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]幾何量精密測量中，通常需要對被測工件坐標系進行測量，分析被測工件的幾何形位誤差，或獲取工件坐標系與測量坐標系的空間關(guān)系，進而完成測量任務(wù)。由于軸孔形式大量存在于機械零部件中，以軸或孔的軸線與基準平面的交點作為基準點定義工件坐標系是一種常見的坐標系定義方法。面對上述測量問題，在接觸式測量中，例如利用三坐標測量機對被測工件進行測量，可以直接利用坐標機測頭在軸或孔壁上進行采點測量，通過圓柱擬合等數(shù)據(jù)處理方法獲得軸孔的軸線與基準平面的交點，進而測得工件坐標系。
[0003]在視覺精密測量中，需要在測量空間內(nèi)設(shè)置可視特征，測量的結(jié)果是設(shè)置特征在空間的三維坐標，利用視覺方法解決上述以軸孔定義自身坐標系的被測工件的測量問題時，需要建立軸孔實物基準與視覺測量可視特征之間的關(guān)系，即視覺精密測量中的軸孔基準引出問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的提供一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝及方法。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝，包括軸基準引出工裝和孔基準引出工裝。
[0007]如上所述的軸基準引出工裝包括軸基準引出端頭、第一引出桿和第一定向反射球；其中，軸基準引出端頭為金屬制圓環(huán)狀，軸基準引出端頭內(nèi)部為配合孔，其內(nèi)徑與軸尺寸相匹配，前部端面為基準平面；第一引出桿為短邊水平放置的“ V”形，第一引出桿的一端與軸基準引出端頭的一端連接，另一端安裝第一定向反射球。
[0008]如上所述的孔基準引出工裝包括孔基準引出端頭、第二引出桿和第二定向反射球，孔基準引出端頭為階梯狀圓臺，前端直徑小于后端直徑，前端部分作為配合銷，第二引出桿的一端與孔基準引出端頭的后端端面連接，第二引出桿的另一端安裝第二定向反射球。
[0009]一種基于如上所述的用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝的引出方法，包括如下步驟:
[0010]第一步:建立工裝坐標系；
[0011]第二步:標注定向反射球球心在工裝坐標系下的三維坐標值；
[0012]第三步:安裝軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝；
[0013]第四步:測量；
[0014]第五步:數(shù)據(jù)處理。
[0015]如上所述的建立工裝坐標系步驟，以軸基準引出工裝的軸基準引出端頭前端端面和孔基準引出工裝孔基準引出端頭的前段圓環(huán)狀臺面分別為兩件工裝坐標系的XOY平面，軸基準引出端頭的孔或孔基準引出工裝孔基準引出端頭的配合銷的軸線與基準平面的交點為坐標系原點0，定向反射球的球心在基準平面上的投影點與原點O的連線為坐標系X軸，方向由原點指向投影點，軸基準引出端頭的孔或孔基準引出工裝孔基準引出端頭的配合銷的軸線為坐標系Z軸，方向由原點指向定向反射球所在方向。
[0016]如上所述的建立工裝坐標系步驟，在計量型高精度三坐標機上精確標定出定向反射球球心在各自工裝坐標系下的三維坐標值。
[0017]如上所述的安裝軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝步驟，將基準引出工裝安裝到被測機械部件的基準軸或基準孔上。
[0018]如上所述的測量步驟，利用視覺精密測量系統(tǒng)測量出定向反光球球心的空間坐標；使引出工裝分別繞軸基準引出端頭的孔或孔基準引出工裝孔基準引出端頭的配合銷的軸線旋轉(zhuǎn)，利用視覺精密測量系統(tǒng)測量定向發(fā)光球，再旋轉(zhuǎn)工裝，再測量，直至工裝旋轉(zhuǎn)一周。
[0019]如上所述的數(shù)據(jù)處理步驟，利用定向反光球的空間三維坐標及其在工裝坐標系下的坐標值進行數(shù)據(jù)處理，求解出工裝坐標系原點O在測量坐標系下的三維坐標。
[0020]如上所述的數(shù)據(jù)處理步驟，具體包括如下步驟:
[0021](I)獲得平面法線矢量(A，B，C)；
[0022]設(shè)基準引出工裝整個旋轉(zhuǎn)過程中定向反光球在測量坐標系下的空間坐標為(xnl, Ynl, znl)、(Xn2, Yn2, Zn2)、…、(Xnn, Ynn, ZJ (n ^ 4)，定向反光球在工裝坐標系下的坐標值為(Xa，O, za)；
[0023]由定向反光球球心點坐標測量過程可知，所有點在同一平面內(nèi)，設(shè)其平面方程為AX+BY+CZ+D = O ;將(Xni, Ynil, Znil) (i = I, 2，…，η，η彡4)帶入方程構(gòu)成聯(lián)立方程組，求解出平面方程參數(shù)(Α，B, C，D)，獲得平面法線矢量(Α，B, C)；
[0024](2)計算圓心坐標(X。，Yc, Zc)；
[0025]由定向反光球球心點坐標測量過程可知，所有點在同一個圓上，設(shè)其方程為(X-Xc)2+(Y-Yc)2+(Z-Zc)2 = R2，將所有點坐標帶入方程可求解出未知參數(shù)(X。，Yc, Zc)和R ；
[0026](3)計算工作坐標系原點O在測量坐標系下的坐標值(X。，Y。，ZJ ；
[0027]利用矢量(Α，B, C)和坐標(X。，Yc, Zc)得到空間一條過(X。，Y0, Z0)且矢量方向為(Α, B, C)的直線方程，該直線為工裝坐標系的Z軸，沿直線方向補償距離Za，求得工作坐標系原點O在測量坐標系下的坐標值(Xci, Y0, Z0)。
[0028]本發(fā)明的有益效果是:
[0029]本發(fā)明的引出工裝和基于該工裝的方法能夠有效解決應(yīng)用視覺精密測量系統(tǒng)測量以軸或孔的軸線與基準平面的交點作為基準點定義工件坐標系的大型機械部件時，測量坐標系與工件坐標系的現(xiàn)場快速建立問題。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝的軸基準引出工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明的一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝的孔基準引出工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是使用本發(fā)明的一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝的孔基準引出工裝的方法的流程圖；
[0033]圖中:1.軸基準引出端頭，2.第一引出桿，3.第一定向反射球，4.孔基準引出端頭,5.第二引出桿,6.第二定向反射球。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝及方法進行介紹:
[0035]一種用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出工裝，包括軸基準引出工裝和孔基準引出工裝，其中，如圖1所示，軸基準引出工裝包括軸基準引出端頭1、第一引出桿2和第一定向反射球3。其中，軸基準引出端頭I為金屬制圓環(huán)狀，它的內(nèi)部為配合孔，其內(nèi)徑與軸尺寸相匹配，它的前部端面為基準平面。第一引出桿2為短邊水平放置的“ V”形，第一引出桿的一端與軸基準引出端頭的一端連接，另一端安裝第一定向反射球3。如圖2所示，孔基準引出工裝包括孔基準引出端頭4、第二引出桿5和第二定向反射球6，孔基準引出端頭4為階梯狀圓臺，前端直徑小于后端直徑，前端部分作為配合銷，第二引出桿5的一端與孔基準引出端頭4的后端端面連接，第二引出桿5的另一端安裝第二定向反射球。
[0036]如圖3所示，一種使用上述工裝進行用于視覺精密測量的軸孔基準現(xiàn)場快速引出方法，包括如下步驟:
[0037]第一步:建立工裝坐標系；
[0038]以軸基準引出工裝的軸基準引出端頭前端端面和孔基準引出工裝孔基準引出端頭4的前段圓環(huán)狀臺面分別為兩件工裝坐標系的XOY平面，軸基準引出端頭的孔或孔基準引出工裝孔基準引出端頭4的配合銷的軸線與基準平面的交點為坐標系原點0，定向反射球的球心在基準平面上的投影點與原點O的連線為坐標系X軸，方向由原點指向投影點，軸基準引出端頭的孔或孔基準引出工裝孔基準引出端頭4的配合銷的軸線為坐標系Z軸，方向由原點指向定向反射球所在方向