| JP58205801 | MEASURING HEAD |
| WO/1990/015303 | POSITION SENSOR |
| JP2001227938 | ROTATING DEVICE FOR SCANNING HEAD OF COORDINATE MEASURING APPARATUS |
奇瑞汽车股份有限公司 (中国安徽省芜湖市经济技术开发区长春路8号, Anhui 9, 241009, CN)
WUHU POWER-TECHNOLOGY RESEARCH CO., LTD. (8 Yu'an Road, Economy & Technology Development ZoneWuhu, Anhui 9, 241009, CN)
| 权利要求书 1、一种与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法，其特征在于，包括以下内容: 步骤 A、 提供测量软件， 将需要测量物体的产品数模或夹具的设计数模导入测量 软件里， 该测量软件将测量数据和理论数据实时比较， 得到被测量物体的偏差值； 步骤 B、 建立工件坐标系， 然后指定工作平面或将当前的工作平面设置为默认的 一个工作平面， 在测量软件里， 命令测量元素为圆柱， 然后用关节臂测量机测量实际 的定位销， 结果显示即是圆柱； 步骤 C、 在需要测量圆柱所在位置的数模附近任取三点构造一个平面， 该平面在 定位销的销座上构造或在定位销所定位的钣金件数模孔的附近构造； 步骤 D、 再在测量软件里的数模中找出对应夹具上的定位销或钣金件上的数模孔 的理论坐标位置， 将其作为所测定位销的理论坐标位置； 步骤 E、 将圆柱与构造的平面进行刺穿， 构造出一个点， 该刺穿的点是有矢量方 向的， 并评价该点的空间位置坐标值， 该点就是定位销的实际工作位置； 步骤 F、 将构造的点与夹具上的定位销或钣金件上的被定位的孔的理论坐标位置 进行数据比较， 就可以得出实际的偏差值； 然后评价该圆柱与平面的角度， 判断其角 度是否满足设计的公差要求。 2、根据权利要求 1所述的与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法， 其特征在 于， 在步骤 A中， 导入测量软件是测量物体的产品数模。 3、根据权利要求 1所述的与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法， 其特征在 于， 步骤 B中， 在测量软件里， 如果工作平面没有被指定的话， 则默认 Z正方向所在 的平面为工作平面， 采用关节臂测量机手动测量一个空间元素一一圆柱。 4、根据权利要求 1或 2所述的与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法， 其特 征在于，在步骤 D中，在测量软件的数模中找出定位销与钣金件上的数模孔相互配合。 5、根据权利要求 1所述的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，其特征在于， 所述的角度公差设置为 ± 5° 。 |
本发明涉及计量学中三坐标测量的技术领域， 具体涉及一种手动的三坐标测量方 法， 即关节臂测量机测量时的使用方法及其它类型 的三坐标测量机测量时同样也可以 借鉴使用。 背景技术
目前在汽车车身焊接夹具各定位物体的测量中 ， 其中定位销的测量， 不论是与基 准面垂直的， 还是与基准面不垂直的， 其测量的元素都是一个二维元素一一圆， 这是 根据本领域的工作特点， 技术人员或相关人员只是单纯的为了提高工作 效率， 现在已 经成为本领域技术人员的习惯。 此种测量方法在测量一个与基准面垂直的定位 销并不 存在什么问题， 因为与基准面垂直的定位销， 在销子的长度方向上， 其空间位置是不 影响钣金件装配的， 所以其空间的三个方向只要考虑两个位置就可 以了。 但是， 在测 量一个与基准面不垂直的定位销， 其测量方法明显存在不便对被测物体进行调整 的诸 多缺陷， 而且还受到提供被测量物体数模的制约， 其测量的结果准确与否， 很难得到 验证， 因为在测量与基准面不垂直的定位销时， 实际测量的位置和理论的位置很可能 就不在同一个位置， 造成测量的数据与理论的数据无法正确的一一 对应比较。 另外， 如果是车身的产品数模即钣金件数模， 这实际上就是被比对象的理论数据， 上述的测 量方法很明显就不适用， 所测量的数据需要人工和数模进行复杂的数据 比较计算， 才 可以得到被测元素的偏差值， 受到外界因素的影响， 比较出来的结果还不一定准确。 而且测量出来的结果与理论数值比较的时间长 ， 效率很低， 其方法根本不适合现场夹 具的测量后调整的需要。 从现场的夹具使用情况来看， 与夹具基准面不垂直定位销的 实际使用情况很不乐观， 其原因就是定位销的空间位置存在较大的偏差 ， 很难实现车 身钣金件与定位销的完好装配。 定位销的空间位置存在较大的偏差， 指的就是定位销 的空间坐标， 相对于其它与基准面垂直的定位销来讲， 最根本的还是测量方法引起的 偏差， 加工偏差也存在， 但是最终还是要靠三坐标测量来确定。
另外， 利用测量软件中的 "仅点模式"和 "自动查找理论值"的功能如图 2所示， 也可以实现与基准面不垂直定位销的测量， 即在定位销的外表面即圆柱的外表面上测 量一定数量的单点， 实现点与点的实时比较也可以得到被测量物体 的偏差值。 该方法 也就是先采用关节臂测量机对被测对象进行实 物测量获得其位置的实际数据， 然后测 量软件根据实际的测量点去查找该被测物体的 理论值， 实际上这两个过程是同时进行 的， 测量的数据出来了， 其和理论值比较后的偏差也就出来了。
对于传统的与基准面不垂直的定位销的三坐标 测量方法存在的缺点进行分析： 经 考察国内几家的车身焊接夹具制造厂， 对于焊接夹具各定位元件的测量， 夹具制造厂 家提供的都是自身设计的夹具数模， 这些夹具数模就是夹具制造厂家根据车身钣金 件 设计的理论数据而设计的， 和实物具有一一对应的关系， 测量与夹具基准面不垂直的 定位销的方法就是在定位销的长度方向上， 与定位销垂直的平面上即销座的位置， 如 图 1所示， 以点 1， 2， 3为位置测量三个点， 该三点是对实物进行测量的， 然后在测 量软件中构造一个平面， 并作为所测量圆的投影面， 再在定位销上的圆柱面实物的最 高点和接近销座的位置分别测量一个截面圆， 如图 1中的标记 4和标记 5位置所示， 然后在测量软件中将两个截面圆分别投影到同 一个平面上， 即图中点 1、 2、 3构造的 一个平面， 再评价其投影后圆的空间位置， 即可得出所测物体的偏差值， 这种方法称 之为截面圆法。 请再次参考图 1， 图 1中标记 4、 5是两个测量的截面圆， 标记 6是夹 具上的基准面。 这种方法存在随机性， 即每次的测量结果不是唯一的， 测量结果的复 现性即再次测量时结果的再现性较差， 很明显测量的结果存在很大的异议。 另一种方 法为将所测量的结果从测量软件里导出后再导 入其他的三维软件里与所被定位的产品 数模进行繁琐的数据比较后， 才能真正看出定位销的偏差值， 很明显这样做效率非常 低， 很不适合现场的车身焊接夹具定位元件的测量 后再调整的工作需要。
上述的两种三坐标测量方法都是需要提供夹具 的设计数模才可以在测量软件里实 现测量后数据的比较， 如果提供是车身的产品数模， 上述方法也就无能为力了， 唯一 的办法就是必须将测量的数据导入另外的三维 软件中， 和产品数模进行繁琐的数据比 较计算后， 才可以得到被测物体的偏差值。 发明内容
本发明所要解决的技术问题在于， 针对现有技术的不足， 提供一种与基准面不垂 直的定位销的三坐标测量方法简单实用、 方便快捷。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方 案实现的： 本发明提供了一种与基 准面不垂直的定位销的三坐标测量方法， 包括以下内容：
步骤 A、 提供测量软件， 将需要测量物体的产品数模或夹具的设计数模 导入测量 软件里， 该测量软件将测量数据和理论数据实时比较， 得到被测量物体的偏差值； 步骤 B、 建立工件坐标系， 然后指定工作平面或将当前的工作平面设置为 默认的 一个工作平面， 在测量软件里， 命令测量元素为圆柱， 然后用关节臂测量机测量实际 的定位销， 结果显示即是圆柱；
步骤 C、 在需要测量圆柱所在位置的数模附近任取三点 构造一个平面， 该平面在 定位销的销座上构造或在定位销所定位的钣金 件数模孔 （以下就简称数模孔， 并特指 钣金件数模上的孔， 在此所说的 "钣金件数模"是前所述所述的 "产品数模"的一种， 在此一具体实施例中， "产品数模" 即是 "钣金件数模"） 的附近构造；
步骤 D、 再在测量软件的数模中找出对应夹具上的定位 销或钣金件上的数模孔的 理论坐标位置， 将其作为所测定位销的理论坐标位置；
步骤 E、 将圆柱与构造的平面进行刺穿， 构造出一个点， 该刺穿的点是有矢量方 向的， 并评价该点的空间位置坐标值， 该点就是定位销的实际工作位置；
步骤 F、 将构造的点与夹具上的定位销或钣金件上的数 模孔的理论坐标位置进行 数据比较， 就可以得出实际的偏差值； 然后评价该圆柱与平面的角度， 看其角度是否 满足设计的公差要求。
因为夹具制造后的误差是肯定要通过测量来衡 量判断的， 接下来就要设法消除， 测量仪器使用一段时间后会出现位移， 所以三坐标测量机必须定期校准。 因此， 寻求 一种适合焊装车身焊接夹具定位销的测量方法 显得十分必要， 本发明提供的技术方案 就是解决与基准面不垂直的定位销的一种测量 方法， 首先提供测量软件， 并将相应的 数模导入测量软件里， 该测量软件用于测量数据和理论数据的实时比 较， 得到被测量 物体的偏差值； 测量时， 用圆柱刺穿一个平面， 由于圆柱是属于线性元素， 在软件里 默认的就是将圆柱的中心轴线去刺穿一个平面 的， 不管得到的是一个圆还是一椭圆， 最终得到的还是圆或者椭圆的中心坐标值， 这和直接得到点的坐标值是一致的， 评价 其点的空间坐标位置， 并评价圆柱与平面的角度， 看其是否在允许的公差范围内， 这 种构造点法的测量方法具有简单实用、 方便快捷的显著优点； 尤其是对夹具使用者来 讲， 往往并没有夹具的设计数模， 自己的产品设计数模则是必备的， 这对实际使用的 夹具实施测量再与自己的产品设计数模相比， 操作起来不但准确， 而且十分便利。
该方法无需将测量数据导出后再导入其它的三 维软件， 再人工进行繁琐数据比较 的工作。 测量数据指的就是用测量设备对被测物体测量 所显示出来的数值， 在此可以 理解为就是关节臂测量机测量被测物体的实际 测量获得的数据， 该数据只反映了物体 的实际状态， 与理论要素相差多少， 判定合格与否， 还是要测量软件的支持才可以或 者需要其他的三维软件的支持。"其它的三维 件"是指具有数据处理能力的图形操作 软件， 如在汽车行业常用的 CATIA、 UG以及机械设计行业使用的 PRO/E等， 无需测 量以外人员的参与， 可直接由测量软件计算出被测物体的偏差值， 效率高， 方便快捷， 大大的减轻了劳动强度和操作的难度。 附图说明
图 1为现有技术中测量两个截面圆的示意图；
图 2为现有技术中测量点与点比较的情况示意图
图 3为利用夹具设计时的数模的测量方法示意图
图 4为车身钣金件数模时的测量方法示意图。
图 1中的标记 1、 2、 3是选择的点， 4、 5是测量第一、 二截面圆， 6是夹具上的 基准面；
图 2中的标记 1是销座， 2、 3、 4、 5是选择的点， 6是夹具上的基准面； 图 3、 4中标记说明： 1、 2、 3是选择的点， 4是需要测量的定位销， 5是由点 1、
2、 3构造的平面所在位置， 6是夹具上的基准面， 7是车身钣金件， 7a是车身钣金件 上的定位孔。 具体实施方式
本发明公开的与基准面不垂直定位销的三坐标 测量方法， 包括以下内容： 步骤 A、 提供测量软件， 将需要测量物体的产品数模或夹具的设计数模 导入测量 软件里， 该测量软件将测量数据和理论数据的实时比较 ， 得到被测量物体的偏差值； 步骤 B、 建立工件坐标系， 然后指定工作平面或将当前的工作平面设置为 默认的 一个工作平面， 在测量软件里， 命令测量元素为圆柱， 然后用关节臂测量机测量实际 的定位销， 结果显示即是圆柱；
步骤 C、 在需要测量圆柱所在位置的数模附近任取三点 构造一个平面， 该平面在 定位销的销座上构造或在定位销所定位的钣金 件数模孔的附近构造；
步骤 D、 再在测量软件的数模中找出对应夹具上的定位 销或钣金件上的数模孔的 理论坐标位置， 将其作为所测定位销的理论坐标位置；
步骤 E、 将圆柱与构造的平面进行刺穿， 构造出一个点， 该刺穿的点是有矢量方 向的， 并评价该点的空间位置坐标值， 该点就是定位销的实际工作位置； 步骤 F、 将构造的点与夹具上的定位销或钣金件数模上 的孔的理论坐标位置进行 数据比较， 就可以得出实际的偏差值； 然后评价该圆柱与平面的角度， 看其角度是否 满足设计的公差要求。
优选的方案是： 在步骤 A中， 导入测量软件是被测量物体的产品数模。
在 B步骤中， 在测量软件里， 如果工作平面没有被指定的话， 则默认 Z正方向所 在的平面为工作平面， 采用关节臂测量机手动测量一个空间元素一一 圆柱。
在本发明， 涉及到的数模有 "夹具设计数模" 和 "产品数模 （钣金件数模） "， 在 没有特别说明的情况下， 涉及到的 "数模孔" 指的都是 "产品数模" 上的孔。
以下结合图 3、 4具体详细说明。
考虑到所有的被测元素都是空间的元素， 只是有些时候， 某些被测物体只需看其 空间的两个坐标值， 这样测量一个二维元素就没有任何问题， 但重要的是， 一个与基 准面不垂直的定位销， 空间的三个坐标位置都需要考虑， 测量一个二维元素肯定就非 常不合理。 所以， 对于与基准面不垂直的定位销， 测量一个空间元素一一圆柱。 圆属 于二维元素， 不是本发明讨论的， 而圆柱属于三维元素， 在测量软件里， 测量之前， 只要命令测量元素是圆柱， 然后测量就可以了， 然后在圆柱所在的位置构造一个平面， 如果是夹具数模， 在测量软件里， 靠近圆柱底部的销座位置处， 任取三个点， 如图 3 所示的点 1， 2， 3位置， 然后在测量软件里用这三个点构造一个平面， 再利用圆柱刺 穿平面， 构造一个点。 刺穿是测量软件里构造点的一种方法， 第一特征必须是线性元 素， 第二特征是曲面类的元素， 必须是第一特征去刺穿第二特征， 得到一个点是矢量 方向上的第一点， 如果第二特征是平面， 用相交还是刺穿， 只是一个习惯问题了。 圆 柱刺穿一个平面， 由于圆柱是属于线性元素， 在软件里默认的就是将圆柱的中心轴线 去刺穿一个平面的， 软件只是把中间的过程给省略了， 不管得到的是一个圆还是一椭 圆， 最终得到的还是圆或者椭圆的中心坐标值， 这和直接得到点的坐标值是一致的， 评价其点的空间坐标位置， 并评价圆柱与平面的角度， 看其是否在允许的公差范围内， 这种方法我们就称之为构造点法。
下面结合图 3以及图 4详细说明与基准面不垂直定位销的三坐标测 方法： 在步骤 A中， 该种方法只需要测量软件的支持。 如今的测量软件的功能越来越强 大， 可以实现物体的形状和位置尺寸的评价和在线 编程和仿真功能， 所以软件支持的 项目也很多， 在此不一一列举， 但是， 作为测量软件的最基本的功能就是要实现测量 数据和理论数据的实时比较， 得到被测量物体的偏差值， 这就是我们需要关注的。 本 发明提供的方法不需要增加任何的设施。 首先只需在测量软件中， 将需要测量物体的 数模即产品数模导入测量软件里， 在提供夹具的设计数模情况下， 这种测量方法同样 也可以使用。 软件导入数模就只有两种情况， 如果同时导入产品数模和夹具的设计数 模， 也没有那个必要， 在测量的时候， 如果保证夹具设计的数模是正确的， 导入夹具 数模也是可以的， 但是， 所有的零件的设计都是根据产品数模设计的， 为了避免将夹 具设计的差错再延续下去， 所以优选的方案是导入产品数模来检测的， 如果设计的夹 具数模和产品数模在理论情况下达到无差错的 装配， 用产品数模还是夹具数模， 使用 本发明方法测量是没有任何区别的。
在步骤 B 中， 建立工件坐标系后 （其建坐标系的方法在此不作详细说明）， 然后 将当前的工作平面设置为默认的一个工作平面 。 在测量软件里， 如果工作平面没有被 指定的话， 那么就默认 Z正方向所在的平面为工作平面， 其工作平面决定测量物体的 矢量方向， 具体情况参照各测量软件的设置。 采用关节臂测量机手动关节臂测量机测 量一个空间元素一一圆柱， 如图 3、 图 4所示， 其他测量机同样也可以借鉴使用。 就 是在测量软件里， 命令测量元素为圆柱， 然后用关节臂测量机测量实际的定位销 4， 其结果显示即是圆柱。
在步骤 C中， 在需要测量的圆柱所在位置的数模附近任取三 点， 如图 3、 图 4所 示的点 1、 2、 3构造一个平面， 如果是夹具数模的话， 该点就在销座的大圆处与圆柱 体之间的区域位置， 如果是产品数模， 就是靠近数模孔 （也可以称为被定位孔） 的周 围区域， 但是不要太远， 最好不要超过测球直径的距离， 一般 6mm即可， 这个平面， 看其提供的是夹具设计数模还是产品数模， 若是夹具设计的数模， 该平面可以在定位 销 4的销座上构造， 如图 3所示的标记 5的位置； 若是车身的产品数模即车身的钣金 件数模， 该平面就可以在定位销 4所定位的产品数模孔的附近构造， 如图 4所示的标 记点 1， 2， 3与产品数模孔 7a 所形成的圆周区域 （即距离产品数模孔周围约一个测 球直径的距离的区域， 一般也就是距离产品数模孔约 6mm的区域）， 该平面与圆柱的 轴线必然是成 90° 的夹角， 如图 3、 图 4所示。 定位销 4与车身钣金件 7的产品数模 孔 7a在理论装配的情况下肯定是成 90° 的夹角。
在步骤 D中， 再在测量软件的数模中找出定位销 4在车身的钣金件 7上数模孔的 理论坐标位置， 将其作为所测定位销 4即圆柱的理论坐标位置。 其中， 在测量软件的 数模中找出定位销与钣金件上相互配合的产品 数模孔。 在步骤 E中， 利用软件中构造点的功能， 将圆柱与构造的平面进行刺穿， 构造出 一个点， 其刺穿的点是有矢量方向的， 并评价该点的空间位置坐标值， 该点就是定位 销 4的实际工作位置， 即定位销 4与车身的钣金件 7完全装配时的实际位置。
在步骤 F中， 将构造的点与被定位孔 7a的理论坐标位置进行数据比较， 就可以得 出实际的偏差值。然后评价该圆柱与平面的角 度， 看其角度是否满足设计的公差要求。 根据夹具的实际使用要求， 该角度公差可以设置为 ± 5 ° ， 这一步在测量软件里非常容 易做到， 如 PC-DMIS、 CAM2-Measure PowerInspect、 Metrology等软件，只要具有最 基本的测量数据和理论数据的实时比较功能， 得到被测量物体偏差值的测量软件，本发 明方法都可以使用。
经实测实践证明， 本发明方法即构造点法存在如下的优点： 第一， 在不受任何条 件限制的情况下可以实现与基准面不垂直定位 销的三坐标测量， 根据解析几何的相关 知识可知， 该种方法只需在测量软件里首先测量一个圆柱 体， 再在提供产品数模上被 定位孔的附近构造一个平面， 然后用圆柱去刺穿那个构造的平面得到一个点 ， 再在被 定位孔上取出理论坐标值即圆心的坐标值， 构造点的坐标值与孔的理论坐标值比较得 出偏差， 其次再评价所测量的圆柱与所构造平面的角度 。 此种方法的应用， 在测量软 件里就可以非常容易的实现实际被测物体的测 量值和理论值的比较， 得到被测物体的 位置和角度偏差值。 第二， 在提供被测量物体的产品数模的情况下， 可以有效的避免 车身焊接夹具在设计时导致的错误， 有效的阻止错误再次延续。 在不论是夹具的设计 数模， 还是车身的产品数模， 都可以实现无局限性的测量数据比较， 可以有效的将人 们从繁琐枯燥的测量数据比较计算的工作中解 脱出来， 还无需测量以外人员的参与。 在车间现场可以实时地测量并对被测量物体进 行调整， 真正达到三坐标测量后实时调 整的功用。 第三， 不受测量软件的限制， 目前市场上的具备基本测量的软件都适用。 第四， 作为汽车制造的主机厂， 从最初所有物体的设计都是以车身的产品数模 为依据， 真正做到标准的统一。 因此， 利用产品数模来检测其它的任何被测物体是非 常有必要 的， 这样不仅可以检测夹具设计的准确性， 还可以省去人工繁琐的数据比较工作， 从 而减轻了劳动者的劳动强度， 提高了测量的工作效率。 第五， 此种测量方法经过了多 次验证， 还可以应用到其它与基准面不垂直的定位销或 者定位孔等类似的被测物体， 也可以作为该类定位销测量结果是否准确的仲 裁依据。
综上所述， 该种测量方法与现有技术中的截面圆法和仅点 模式法存在以下的不同 点： 第一， 无需将测量的数据导出后再导入其他三维软件 ， 然后再将测量数据和理论 数据进行繁琐的比较计算， 才可以得到被测物体的偏差值的繁重工作。 可以实时得到 位置和角度偏差值， 及时实现对车身焊接夹具的调整。 第二， 除了三坐标测量人员， 无需更多人员的参与。 第三， 从最初导入的数模到最后的测量数据， 所有的数据都是 在测量软件里进行简单的处理， 非常容易得到被测物体的偏差值。 第四， 在保证夹具 设计的数模准确无误的情况下， 提供的是夹具设计的数模还是产品数模， 也没有任何 局限性。 第四， 该方法简单易学， 容易理解， 方便快捷。
最后所应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明而非限制， 尽管参照较佳实施 例对本发明进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明进行修 改或者等同替换， 而不脱离本发明的精神和范围， 其均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。