專利名稱：用于在工件的表面精確標(biāo)定出點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在工件表面精確標(biāo)定出點(diǎn)的方法。所標(biāo)定出的點(diǎn)可作為工件后續(xù)加工或測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
對(duì)一些大型且形狀特殊的工件進(jìn)行加工時(shí)，經(jīng)常遇到的問題是加工基準(zhǔn)的建立。 比如，對(duì)于大型球體、核電封頭以及大型筒體等工件，如果要在這些工件的表面上加工出位置度要求很高的通孔，首先應(yīng)該先在工件的表面標(biāo)定出待加工孔的中心點(diǎn)，然后再以該中心點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行通孔的加工。相對(duì)而言，如果工件的表面是平面，要在平面上精確標(biāo)定出工件上的坐標(biāo)位置已知的目標(biāo)點(diǎn)是比較容易的。但是，如果要在上面所說的大型球體、核電封頭以及大型筒體的表面精確標(biāo)定出坐標(biāo)位置已知的目標(biāo)點(diǎn)，由于這些工件的表面均是曲面并且體積龐大，因此標(biāo)定過程就存在困難。使用激光跟蹤系統(tǒng)在曲面上進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)定是本領(lǐng)域技術(shù)人員可能采取的技術(shù)手段。只要操作人員事先確定好工件的位置，然后再將待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)在工件上的理論坐標(biāo)值輸入激光跟蹤系統(tǒng)，就可引導(dǎo)該系統(tǒng)中的激光跟蹤儀發(fā)射出指向待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)的激光束，該激光束照射到工件表面上后形成的光斑就是目標(biāo)點(diǎn)所處的位置。在對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)定精度不高的情況下，該方法是可行的。參見本說明書圖1所示，由于所述激光束3照射到工件1的表面101上后形成的光斑4的直徑達(dá)到10mm，而待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)A實(shí)際應(yīng)當(dāng)是該光斑4的中心點(diǎn)。由于光斑4的中心點(diǎn)不能確定，這就使得對(duì)目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)定的誤差達(dá)到 5mm。因此，上述方法并不適合對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)定精度要求較高的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在工件的表面精確標(biāo)定出點(diǎn)的方法。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是本發(fā)明的方法包括以下步驟a、建立被測(cè)工件的基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)定待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置；b、在所述被測(cè)工件的表面上位于目標(biāo)點(diǎn)的周圍任意選取N個(gè)輔助點(diǎn)，依次標(biāo)定為第1輔助點(diǎn)、第2輔助點(diǎn)……第N輔助點(diǎn)，令N彡2 ；C、通過測(cè)量裝置測(cè)量出各輔助點(diǎn)與所述基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，然后計(jì)算出各輔助點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離；d、在所述表面上以各輔助點(diǎn)為圓心，以該輔助點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離為半徑做輔助圓，這些輔助圓的交點(diǎn)即為標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)。在上述方法中，被測(cè)工件的基準(zhǔn)點(diǎn)既可以位于被測(cè)工件上，也可以位于被測(cè)工件的外部。比如，當(dāng)被測(cè)工件是一個(gè)大型球體時(shí)，可將被測(cè)工件的基準(zhǔn)點(diǎn)選定為該球體的球心。待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置在工件的設(shè)計(jì)階段實(shí)際上就已經(jīng)確定。沿用被測(cè)工件是一個(gè)大型球體的例子，當(dāng)待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)是一個(gè)待加工孔的中心點(diǎn)時(shí)，該中心點(diǎn)相對(duì)于大型球體的球心位置在工件設(shè)計(jì)階段必然確定。通過測(cè)量裝置可測(cè)量出各輔助點(diǎn)與所述基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，同時(shí)待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置也已經(jīng)確定，因此待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與各輔助點(diǎn)之間的距離是可求的。其求解原理是以所述基準(zhǔn)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，由于各輔助點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置以及待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置都是已知的，因此各輔助點(diǎn)以及待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)在該三維坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值也是確定的。根據(jù)空間點(diǎn)之間距離
計(jì)算公式l=a/(弋-Z2)2 +(^1-F2)2 +(Z1-Z2)2，只要將待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)以及任意一個(gè)輔助點(diǎn)的三維坐標(biāo)值代入上述公式，就能夠計(jì)算出待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與該輔助點(diǎn)之間的距離L。當(dāng)待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與各輔助點(diǎn)之間的距離確定后，再在工件的表面上以各輔助點(diǎn)為圓心，以該輔助點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離為半徑做輔助圓，這些輔助圓的交點(diǎn)即為標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)。其中可以選擇采用多種現(xiàn)有的方法來做輔助圓，比如使用劃線圓規(guī)。作為對(duì)上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟a中，使用激光跟蹤系統(tǒng)建立被測(cè)工件的基準(zhǔn)點(diǎn)；步驟b中，先將目標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間相對(duì)位置的設(shè)定值輸入激光跟蹤系統(tǒng)，從而引導(dǎo)該系統(tǒng)中的激光跟蹤儀發(fā)射出指向目標(biāo)點(diǎn)的激光束，然后再在該激光束照射到所述表面上形成的光斑的周圍選取并標(biāo)定所述的各輔助點(diǎn)；步驟c中，利用與激光跟蹤儀配合使用的反射器采集各輔助點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后計(jì)算出各輔助點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。上述改進(jìn)是將激光跟蹤系統(tǒng)與前面所說的方法進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，在通過激光跟蹤系統(tǒng)來確保整體測(cè)量精度的同時(shí)，完全規(guī)避了因激光跟蹤系統(tǒng)的光斑直接過大所帶來的測(cè)量不確定度。其中所說的“反射器”是現(xiàn)有裝置。為了保證測(cè)量精度，最好選用具有能夠精確采集物體表面點(diǎn)坐標(biāo)功能的反射器。目前工業(yè)化應(yīng)用的激光跟蹤系統(tǒng)通常附帶有具備上述功能的反射器。作為對(duì)上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟b中，在位于目標(biāo)點(diǎn)的周圍選取至少3個(gè)輔助點(diǎn)。當(dāng)然，最好是在位于目標(biāo)點(diǎn)的周圍選取3個(gè)輔助點(diǎn)，依次標(biāo)定為第1輔助點(diǎn)、第2 輔助點(diǎn)和第3輔助點(diǎn)，并使這3個(gè)輔助點(diǎn)大致上均布在一個(gè)與目標(biāo)點(diǎn)基本同心的圓上。選取至少3個(gè)輔助點(diǎn)的好處在于，能夠根據(jù)由這3個(gè)輔助點(diǎn)所做出的輔助圓是否交于同一點(diǎn)來直觀的判斷對(duì)目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)定的準(zhǔn)確性。如果各輔助圓剛好交于一點(diǎn)，則該點(diǎn)必然就是需要標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)；但如果這些輔助圓并非交于同一點(diǎn)，則說明前面的步驟中存在較大的測(cè)量誤差，應(yīng)予以修正。原則上，所選取的輔助點(diǎn)數(shù)量越多，測(cè)量的精度越高?？紤]到測(cè)量效率因此在位于目標(biāo)點(diǎn)的周圍僅選取3個(gè)輔助點(diǎn)。當(dāng)這3個(gè)輔助點(diǎn)大致上均布在一個(gè)與目標(biāo)點(diǎn)基本同心的圓上時(shí)，所做出的各輔助圓的半徑基本上也是大致相等的，使操作過程更為直觀、清晰，并有利于精度的控制。作為對(duì)上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，上述方法還包括以下步驟e、通過測(cè)量裝置測(cè)量出已標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置，然后與步驟a中的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)定精度進(jìn)行驗(yàn)證。具體的，在步驟e中，利用與激光跟蹤儀配合使用的反射器采集已標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后與步驟a的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而對(duì)目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)定精度進(jìn)行驗(yàn)證。顯然，通過對(duì)標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)的位置進(jìn)行驗(yàn)證，能夠確保本方法的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的有益效果是能夠在工件的表面精確標(biāo)定出點(diǎn)，確保后續(xù)加工或測(cè)量的精度。尤其是，本發(fā)明的這種方法適用于在多種形狀的表面上進(jìn)行點(diǎn)的標(biāo)定，比如球面、非球面的曲面或平面等。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施狀態(tài)圖。圖2為本發(fā)明步驟b、d的原理圖。圖3為本發(fā)明步驟a、c的原理圖。圖4為圖2中C-C向剖視圖。圖1中箭頭所引部分為激光束照射到工件表面所形成光斑的放大圖。圖中標(biāo)記為工件1、表面101、激光跟蹤系統(tǒng)2、激光跟蹤儀201、激光束3、光斑4、 輔助圓5(第1輔助圓501、第2輔助圓502、第3輔助圓503)、劃線圓規(guī)6、目標(biāo)點(diǎn)A、輔助點(diǎn) B(第1輔助點(diǎn)Bi、第2輔助點(diǎn)B2、第3輔助點(diǎn)B3)、距離Li、距離L2、距離L3。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明?，F(xiàn)以工件為一球瓣為例。如圖1所示，在該工件1的表面101上要加工一個(gè)通孔， 該通孔的中心與工件1的球心之間的相對(duì)位置在工件1的設(shè)計(jì)階段已經(jīng)確定。要加工出上述通孔，首先需要在工件1的表面101上標(biāo)定出該通孔中心點(diǎn)的位置。現(xiàn)將該通孔的中心點(diǎn)設(shè)定為目標(biāo)點(diǎn)A。下面采用本發(fā)明所提供的方法在該工件1的表面101進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)A的標(biāo)定。首先，如圖1、3所示，使用激光跟蹤系統(tǒng)2建立被測(cè)工件1的基準(zhǔn)點(diǎn)0。該基準(zhǔn)點(diǎn) 0設(shè)定為工件1的球心。利用激光跟蹤系統(tǒng)2建立被測(cè)工件1的球心的具體方法可簡(jiǎn)述為用靶球在工件1的內(nèi)球面上移動(dòng)，激光跟蹤系統(tǒng)2跟蹤并建立靶球移動(dòng)的軌跡，通過對(duì)數(shù)據(jù)的處理最終可得到基準(zhǔn)點(diǎn)0與激光跟蹤系統(tǒng)2之間的相對(duì)坐標(biāo)。上述由激光跟蹤系統(tǒng)2建立被測(cè)工件1的球心的具體方法本身是激光跟蹤系統(tǒng)2已具備的一種用途，是現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)建立被測(cè)工件1的基準(zhǔn)點(diǎn)0后，可將該基準(zhǔn)點(diǎn)0作為坐標(biāo)原點(diǎn)0(0，0，0)建立三維坐標(biāo)系。 正如前面所說，由于基準(zhǔn)點(diǎn)0(0，0，0)與目標(biāo)點(diǎn)A之間的相對(duì)位置在工件1的設(shè)計(jì)階段已經(jīng)確定，因此目標(biāo)點(diǎn)A(X，Y，Ζ)在基準(zhǔn)點(diǎn)0的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值也已經(jīng)確定。如圖1、2、3所示，然后將目標(biāo)點(diǎn)A(X，Y，Ζ)與基準(zhǔn)點(diǎn)0(0，0，0)之間相對(duì)位置的設(shè)定值輸入激光跟蹤系統(tǒng)2，從而引導(dǎo)該系統(tǒng)中的激光跟蹤儀201發(fā)射出指向目標(biāo)點(diǎn)Α(Χ，Y， Ζ)的激光束3，然后再在該激光束3照射到所述表面101上形成的光斑4的周圍選取3個(gè)輔助點(diǎn)B，依次標(biāo)定為第1輔助點(diǎn)Bi、第2輔助點(diǎn)Β2和第3輔助點(diǎn)Β3。在選取這3個(gè)輔助點(diǎn)B時(shí)，最好使這3個(gè)輔助點(diǎn)B大致上均布在一個(gè)與目標(biāo)點(diǎn)A基本同心的圓上。一種做法是通過操作者的感觀盡量使這3個(gè)輔助點(diǎn)B與光斑4的邊緣等距，并且在光斑4的周邊均布。每選取一個(gè)輔助點(diǎn)B后，應(yīng)在工件1的表面101將該輔助點(diǎn)B標(biāo)記出來。
在工件1的表面101上標(biāo)記出第1輔助點(diǎn)Bi、第2輔助點(diǎn)B2和第3輔助點(diǎn)B3以后，依次采用與激光跟蹤儀O01)配合使用的反射器采集第1輔助點(diǎn)Bl (XI，Yl, Z1)、第2 輔助點(diǎn)B2(X2，Y2，Z2)和第3輔助點(diǎn)B3(X3，TO，Z3)的坐標(biāo)值。上述每一個(gè)輔助點(diǎn)B與目標(biāo)點(diǎn)A之間的距離可由如下方式計(jì)算出來L1 = - Xf + (71 - Y)2 + (Zl - Z)2L2= ^J(X2 - Xf + (72 - Y)2 + (Z2 - Z)2L3= (X3 - Xf + (73 - Y)2 + (Z3 - Z)2其中，Ll代表第1輔助點(diǎn)Bl (XI，Yl, Zl)與目標(biāo)點(diǎn)A(X，Y，Ζ)之間的距離；L2代表第2輔助點(diǎn)Β2 (Χ2，Υ2，Ζ2)與目標(biāo)點(diǎn)A (X，Y，Ζ)之間的距離；L3代表第3輔助點(diǎn)Β3 (Χ3，Υ3，Ζ3)與目標(biāo)點(diǎn)A (X，Y，Ζ)之間的距離；然后，如圖2、4所示，使用劃線圓規(guī)6在工件1的表面101上分別以第1輔助點(diǎn)Bi、 第2輔助點(diǎn)Β2和第3輔助點(diǎn)Β3為圓心，對(duì)應(yīng)以第1輔助點(diǎn)Bl與目標(biāo)點(diǎn)A之間的距離Li、 第2輔助點(diǎn)Β2與目標(biāo)點(diǎn)A之間的距離L2以及第3輔助點(diǎn)Β3與目標(biāo)點(diǎn)A之間的距離L3為半徑做輔助圓501、輔助圓502以及輔助圓503，輔助圓501、輔助圓502和輔助圓503的交點(diǎn)即為標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)Α。輔助圓503，輔助圓501和輔助圓502應(yīng)該交于同一點(diǎn)(即目標(biāo)點(diǎn)Α)，如果這些輔助圓5未能交于同一點(diǎn)，則說明前面的步驟中存在較大的測(cè)量誤差，應(yīng)予以修正。此后，再利用與激光跟蹤儀201配合使用的反射器采集已標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)A相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)0的實(shí)際坐標(biāo)值，然后與目標(biāo)點(diǎn)A的理論坐標(biāo)值進(jìn)行比較，從而對(duì)目標(biāo)點(diǎn)A的標(biāo)定精度進(jìn)行驗(yàn)證。
權(quán)利要求
1.用于在工件的表面精確標(biāo)定出點(diǎn)的方法，該方法包括以下步驟a、建立被測(cè)工件(1)的基準(zhǔn)點(diǎn)(0)，設(shè)定待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)(A)與該基準(zhǔn)點(diǎn)(0)之間的相對(duì)位置；b、在所述被測(cè)工件(1)的表面(101)上位于目標(biāo)點(diǎn)(A)的周圍任意選取N個(gè)輔助點(diǎn) (B)，依次標(biāo)定為第1輔助點(diǎn)(Bi)、第2輔助點(diǎn)(B2)……第N輔助點(diǎn)，令N彡2;c、通過測(cè)量裝置測(cè)量出各輔助點(diǎn)(B)與所述基準(zhǔn)點(diǎn)(0)之間的相對(duì)位置，然后計(jì)算出各輔助點(diǎn)⑶與目標(biāo)點(diǎn)㈧之間的距離；d、在所述表面(101)上以各輔助點(diǎn)⑶為圓心，以該輔助點(diǎn)⑶與目標(biāo)點(diǎn)㈧之間的距離為半徑做輔助圓(5)，這些輔助圓(5)的交點(diǎn)即為標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)(A)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于在工件的表面精確標(biāo)定點(diǎn)的方法，其特征在于步驟a中，使用激光跟蹤系統(tǒng)⑵建立被測(cè)工件⑴的基準(zhǔn)點(diǎn)(0)；步驟b中，將目標(biāo)點(diǎn)(A)與基準(zhǔn)點(diǎn)(0)之間相對(duì)位置的設(shè)定值輸入激光跟蹤系統(tǒng)0)， 從而引導(dǎo)該系統(tǒng)中的激光跟蹤儀(201)發(fā)射出指向目標(biāo)點(diǎn)(A)的激光束(3)，然后再在該激光束(3)照射到所述表面(101)上形成的光斑(4)的周圍選取并標(biāo)定所述的各輔助點(diǎn)(B)；步驟c中，使用與激光跟蹤儀O01)配合使用的反射器采集各輔助點(diǎn)(B)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn) (0)的坐標(biāo)值，然后計(jì)算出各輔助點(diǎn)⑶與目標(biāo)點(diǎn)㈧之間的距離。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于在工件的表面精確標(biāo)定點(diǎn)的方法，其特征在于步驟b 中，在位于目標(biāo)點(diǎn)㈧的周圍選取至少3個(gè)輔助點(diǎn)(B)。
4.如權(quán)利要求3所述的用于在工件的表面精確標(biāo)定點(diǎn)的方法，其特征在于步驟b中， 在位于目標(biāo)點(diǎn)(A)的周圍選取3個(gè)輔助點(diǎn)(B)，依次標(biāo)定為第1輔助點(diǎn)(Bi)、第2輔助點(diǎn) (B2)和第3輔助點(diǎn)(B3)，并使這3個(gè)輔助點(diǎn)(B)大致上均布在一個(gè)與目標(biāo)點(diǎn)(A)基本同心的圓上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于在工件的表面精確標(biāo)定點(diǎn)的方法，其特征在于該方法還包括以下步驟e、通過測(cè)量裝置測(cè)量出已標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)(A)與基準(zhǔn)點(diǎn)(0)的相對(duì)位置，然后與步驟 a中的設(shè)定值進(jìn)行比較，從而對(duì)目標(biāo)點(diǎn)(A)的標(biāo)定精度進(jìn)行驗(yàn)證。
6.如權(quán)利要求4所述的用于在工件的表面精確標(biāo)定點(diǎn)的方法，其特征在于步驟e中，使用與激光跟蹤儀O01)配合使用的反射器采集已標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)(A)相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)(0)的坐標(biāo)值，然后與步驟a的設(shè)定值進(jìn)行比較。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠在工件的表面精確標(biāo)定出點(diǎn)的方法。該方法包括以下步驟a、建立被測(cè)工件的基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)定待標(biāo)定的目標(biāo)點(diǎn)與該基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置；b、在所述被測(cè)工件的表面上位于目標(biāo)點(diǎn)的周圍任意選取N個(gè)輔助點(diǎn)，依次標(biāo)定為第1輔助點(diǎn)、第2輔助點(diǎn)……第N輔助點(diǎn)，令N≥2；c、通過測(cè)量裝置測(cè)量出各輔助點(diǎn)與所述基準(zhǔn)點(diǎn)之間的相對(duì)位置，然后計(jì)算出各輔助點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離；d、在所述表面上以各輔助點(diǎn)為圓心，以該輔助點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離為半徑做輔助圓，這些輔助圓的交點(diǎn)即為標(biāo)定出的目標(biāo)點(diǎn)。該方法能夠在工件的表面精確標(biāo)定出點(diǎn)，確保后續(xù)加工或測(cè)量的精度。尤其是，該方法適用于在多種形狀的表面上進(jìn)行點(diǎn)的標(biāo)定，比如球面等。
文檔編號(hào)G01B11/14GK102175145SQ20101059366
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者余蘇, 史蘇存, 宋玉剛, 段玲 申請(qǐng)人:二重集團(tuán)(德陽)重型裝備股份有限公司