CN100445692C - 以多点迭代的三次元坐标定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，配合一运用于计算机***上的坐标测量仪，本发明包含下列步骤：备置工件资料；设定测量路径及坐标迭代***；测量对应点群；坐标转换计算；更新CMM坐标***；重复测量与坐标迭代；由此可将工件的几何资料中的定位点群与对工件进行测量所得的对应点群进行比较，并使对应点群尽量靠近于定位点群，并通过重复测量与坐标迭代来不断的取得更为接近的对应点群，达到坐标定位的效果。

Description

以多点迭代的三次元坐标定位方法
技术领域
本发明与对工件的测量技术有关，特别是指一种以多点迭代的三次元坐标定位方法。
背景技术
习知利用CMM(Coordinate Measuring Machine)(坐标量测仪)测量的流程，其坐标***的设定，关系到后续工件测量数据的精确，除了一些较简单的工件可使用传统3-2-1法来定设定坐标之外，其它大部份的工件均需使用特殊且专用的夹治具或一些量具，才能进行对工件的量测及坐标设定。
然而，一套夹治具的设计以及制造，往往需耗用大量的资源(人力、资金、时间)，这些资源对一个非大量制造的工件而言，实不合乎成本；此外，夹治具在使用上有其磨耗，每隔一段时间便必须重新进行检验，或更换新的夹治具，这更增加成本的负担。
再者，由于夹治具本身的精度问题，或夹治具与工件坐标***转换的问题，因此在使用夹治具时，往往需要再次确定所设定的坐标***，反而增加了无谓的检测步骤，不仅检测时间、过程难以掌握，也需极度依赖操作人员的专业素养，上述种种问题，耗费了相当可观的资源。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，其可减少夹治具和量具的购置成本。
本发明的次要目的在于提供一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，其可缩短工时。
本发明的再一目的在于提供一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，其具有稳定的品质，不会因操作者不同而有不同的品质。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，配合一运用于计算机***上的坐标测量仪，其包含下列步骤：
步骤一：备置工件资料：备置工件的几何资料，所述几何资料由外部计算机辅助设计***转入，或由所述计算机***本身产生；
步骤二：设定测量路径及坐标迭代***：至少设定测量路径中的定位点群，并设定坐标迭代***中的迭代次数以及误差容许值，并将设定好的测量路径输出至所述坐标测量仪；
步骤三：测量对应点群：依据测量路径的所述定位点群，由所述坐标测量仪依序在工件上测量出对应于所述定位点群的对应点群；
步骤四：坐标转换计算：将所述坐标测量仪所测量出的对应点群与定位点群进行坐标转换计算，并将转换计算的结果与所述几何资料的定位点群进行比对，取得其间的误差值，并按照所述误差值来产生一坐标转换矩阵；
步骤五：更新坐标测量仪坐标***：利用上述步骤中所得到的所述坐标转换矩阵更新所述坐标测量仪的坐标***；
步骤六：重复测量与坐标迭代：依预设条件来重复步骤三、步骤四以及步骤五等步骤。
由于采用了以上技术方案，使本发明具有如下优点：
一、夹治具的需求降低：由于本发明利用重复测量与坐标迭代来逐步趋近于定位点群，因此夹治具所夹持的位置、精度均对本发明没有影响。即，可使用一般的夹治具，使得夹治具的需求因而降低。
二、缩短工时：本发明利用计算机***自动进行重复测量与坐标迭代，毋需每次用人工调校，且不需要或调校夹治具的精度或因耗损而更换夹治具，可大幅缩短工时。
三、品质稳定：本发明利用计算机***自动进行重复测量与坐标迭代，其结果与迭代的次数有关，与操作者的不同无关，因此本发明的品质极为稳定。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的流程图；
图2是本发明一较佳实施例的动作示意图；
图3是本发明一较佳实施例的另一动作示意图；
图4是本发明一较佳实施例的再一动作示意图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的构造及特点所在，现举一较佳实施例并配合附图说明如下。
如图1所示，本发明第一较佳实施例所提供的一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，主要是将一CMM(Coordinate Measuring Machine)(坐标测量仪)运用在计算机***上，该方法包含下列步骤：
一、备置工件资料：备置工件的几何资料，该几何资料可由外部的CAD(计算机辅助设计)***转入，或由计算机***本身所产生；
二、设定测量路径及坐标迭代***：如图2所示，设定测量路径，该测量路径包含定位点群11、路径点、探针更换路径点的路径以及探针补偿方向，该探针补偿方向由工件的几何资料产生或使用三点产生的补偿方向，并设定坐标迭代系中的迭代次数以及误差容许值，并将设定好的测量路径输出至CMM；
三、测量对应点群：如图3所示，依据测量路径的定位点群11，由CMM依序在工件上测量出对应于该定位点群11的对应点群21；
四、坐标转换计算：将CMM所测量出的对应点群21进行转换计算，并将转换计算的结果与该几何资料的定位点群11进行比对，取得其间的误差值。本实施例中，对应点群21与定位点群11的位置关系如图4所示；其中，该转换计算包含有粗定位及精定位两种方式；
粗定位用于计算对应点群21与定位点群11间的坐标转换关系(例如距离、旋转角度)，可将对应点群21移至定位点群11附近，即粗定位主要是先取得对应点群21以及定位点群11的中心点(将各点群所有点的坐标相加后予以平均后可得)，取出二者中心点的平移差并通过SVD(Singular Value Decomposition)算法来取得二者的角度差，即可找出二点群11、21间的位移差以及角度差；
精定位则主要为：在粗定位之后，再进行精细定位的方式；其通过对应点群21在工件的几何资料上搜寻新的最佳定位点群11，计算对应点群21与定位点群11间坐标转换关系，再产生一坐标转换矩阵；详而言之，精定位主要是先利用POWELL算法来得到对应点群对照于定位点群的对照点(图中未示，对照点为计算过程中的暂时资料)，再利用SVD算法来从对应点群与各对照点间取得坐标转换矩阵；
五、更新CMM坐标***：利用前述步骤中所得到的坐标转换矩阵更新CMM的坐标***；
六、重复测量与坐标迭代：按照预设条件来重复前述的“测量对应点群”、“坐标转换计算”以及“更新CMM坐标***”等步骤。该预设条件可为：(1)对应点群21转换计算的结果与该几何资料的定位点群11间的误差小于该容许误差值；(2)预定次数；(3)不断重复至手动停止；(4)二次“坐标转换计算”步骤所取得误差值的差小于一预定值。
由上述各步骤可知，本发明通过将工件的几何资料中的定位点群11与对工件进行测量所得的对应点群21进行比较，再经由预定的转换计算来取得二者的误差值。而在转换计算中则可通过粗定位以及精定位来使对应点群21尽量靠近于定位点群11，并通过重复测量与坐标迭代来不断的取得更为接近的对应点群21，从而达到坐标定位的效果。
本发明的优点在于：
一、夹治具的需求降低：由于本发明利用重复测量与坐标迭代来逐步趋近于定位点群，因此夹治具所夹持的位置、精度均对本发明没有影响。即，可使用一般的夹治具，使得夹治具的需求因而降低。
二、缩短工时：本发明利用计算机***自动进行重复测量与坐标迭代，毋需每次用人工调校，且不需要或调校夹治具的精度或因耗损而更换夹治具，可大幅缩短工时。
三、品质稳定：本发明利用计算机***自动进行重复测量与坐标迭代，其结果与迭代的次数有关，与操作者的不同无关，因此本发明的品质极为稳定。

Claims (4)

1、一种以多点迭代的三次元坐标定位方法，主要配合一运用于计算机***上的坐标测量仪，其特征在于包含有下列步骤：
步骤一：备置工件资料：备置工件的几何资料，所述几何资料由外部计算机辅助设计***转入，或由所述计算机***本身产生；
步骤二：设定测量路径及坐标迭代***：至少设定测量路径中的定位点群，并设定坐标迭代***中的迭代次数以及误差容许值，并将设定好的测量路径输出至所述坐标测量仪；
步骤三：测量对应点群：依据测量路径的所述定位点群，由所述坐标测量仪依序在工件上测量出对应于所述定位点群的对应点群；
步骤四：坐标转换计算：将所述坐标测量仪所测量出的对应点群与定位点群进行坐标转换计算，并将转换计算的结果与所述几何资料的定位点群进行比对，取得其间的误差值，并按照所述误差值来产生一坐标转换矩阵；
步骤五：更新坐标测量仪坐标***：利用上述步骤中所得到的所述坐标转换矩阵更新所述坐标测量仪的坐标***；
步骤六：重复测量与坐标迭代：依预设条件来重复步骤三、步骤四以及步骤五。
2、如权利要求1所述的以多点迭代的三次元坐标定位方法，其特征在于：所述测量路径包含定位点群、路径点、探针更换路径点的路径以及探针补偿方向。
3、如权利要求1所述的以多点迭代的三次元坐标定位方法，其特征在于：在所述坐标转换计算步骤中，所述转换计算包含有粗定位及精定位两种方式；其中，所述粗定位计算所述对应点群与所述定位点群间的坐标转换关系；所述精定位通过所述对应点群在所述工件的几何资料上搜寻新的定位点群。
4、如权利要求1所述的以多点迭代的三次元坐标定位方法，其特征在于：在所述重复测量与坐标迭代的步骤中，所述预设条件为：(1)对应点群转换计算的结果与所述几何资料的定位点群间的误差小于所述容许误差值；(2)预定次数；(3)不断重复至手动停止；(4)二次“坐标转换计算”步骤所取得误差值的差小于一预定值；所述重复测量与坐标迭代的步骤满足四个所述预设条件之一即可。
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