CN102435156A - 一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法 - Google Patents

一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102435156A
CN102435156A CN2011102806220A CN201110280622A CN102435156A CN 102435156 A CN102435156 A CN 102435156A CN 2011102806220 A CN2011102806220 A CN 2011102806220A CN 201110280622 A CN201110280622 A CN 201110280622A CN 102435156 A CN102435156 A CN 102435156A
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
measured
workpiece
coordinate
unique point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011102806220A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102435156B (zh
Inventor
李明
赵幸福
梁爽
杨恢
徐洋
张明
金志祥
李伟
林政�
朱海良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN 201110280622 priority Critical patent/CN102435156B/zh
Publication of CN102435156A publication Critical patent/CN102435156A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102435156B publication Critical patent/CN102435156B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明提出一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点；采用齐次坐标变换的方法，通过坐标平移，将获取的特征点统一变换到测量坐标系；采用最小二乘特征拟合算法，由特征点构造出被测要素的拟合要素，对工件尺寸和几何误差进行测量，本发明设计了测量仪器与检测工装和传感器数据的关联方法，测量仪器和靶标组成测量坐标系，在检测工装上设置辅助坐标系。本测量方法具有良好的通用性，利用已有的测量设备，不仅可以用在筒状工件的几何要素的测量，而且根据测量工件的不同，可在不同的位置设置多套检测工装，通过改变所述检测工装的造型，该测量装置可以用于其他大型回转类工件的测量。

Description

一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法
技术领域
 本发明涉及一种基于坐标测量的工件尺寸和几何误差测量方法，特别是一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，属于工业测量领域。
背景技术
目前的坐标测量的测量方法从技术手段上讲主要是直接测量，测量仪器采用接触或者非接触的方法（探针、测球、激光扫描）获取工件上被测要素特征点的信息，拟合出被测要素，实现对工件尺寸和几何误差的测量和评定。这种方法比较容易实现，精度较高，但是有一个前提，工件被测要素的特征必须能够直接测量或是可引出测量。但是，直径在2m-20m之间的大型筒柱状工件一般由内壁、外壁、上端面和下端面等四个主要测量部分组成，其中两端面一般包含有较复杂的联接、装配和密封结构；工件的内表面和外表面也往往有细部结构。对于这类工件，目前通用的坐标测量方法存在如下问题：
对于大型筒柱状大型工件，在测量过程中，需要对工件的内表面、外表面、工件两个端面等各个主要被测部位进行尺寸及几何公差的综合测量和评定，测量内容还包括了工件整体尺寸、工件局部尺寸、工件整体和局部的相互关系。在这种情况下，用直接测量的方法测量时，现有的测量仪器无论如何摆放，一次测量装夹难以同时完成对以上被测要素的测量，如果增加现有的测量仪器的摆放位置，会大大的降低测量精度、增加了测量的复杂程度；如果转站测量，则会降低测量的精度和测量的效率。因此对于这类筒柱状大型工件，现存的坐标测量设备无法实现现场测量。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点，采用坐标变换和特征拟合算法，用于对筒柱状大型工件的坐标测量。使用现有的测量仪器，在能达到测量目的、保证测量精度、一次测量装夹能获取所有的被测信息的前提下，采用在辅助的检测工装上设置一定的传感器和靶标的方式，设计出一种计算简单、测量精度较高且基于坐标测量的针对筒柱状大型工件的尺寸和几何误差测量方法。
本发明要解决的技术问题：对于筒柱状的大型工件，需要对工件的内表面、外表面，工件两个端面等各主要被测部位进行尺寸及几何误差的综合测量和评定，测量内容又涵盖了工件整体尺寸、工件局部尺寸、工件整体和局部的相互关系。工件的整体尺寸包括工件的内径、外径等；局部尺寸包括工件的壁厚、工件两端面细部结构(如凸沿)的尺寸和形位公差等；整体和局部的相互关系包括工件内外径的同轴度、工件轴线与端面的垂直度、工件两端面的平行度等被测要素。
为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点；采用齐次坐标变换的方法，通过坐标平移，将获取的特征点统一变换到测量坐标系；采用最小二乘特征拟合算法，由特征点构造出被测要素的拟合要素，对工件尺寸和几何误差进行测量，其步骤如下：
通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点：设计检测工装，在检测工装上设置测量靶标，使测量仪器获取工件整体尺寸如工件的内外径、同轴度等被测要素的特征点；在检测工装上安装传感器，使测量仪器获取工件局部尺寸如工件端面倾斜、壁厚等被测要素的特征点；使用传感器获取被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值；测量仪器通过对靶标测量获取靶标在测量坐标系下的坐标值；测量靶标使检测工装辅助坐标系与测量坐标系相关联；
靶标在检测工装辅助坐标系下的坐标值可以在安装前由更高精度的测量设备通过标定给出，给出参数；传感器获取的相关被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值也可以在安装前，通过***标定确定尺寸和位置参数；采用坐标变换，将获取的相关被测要素的特征点统一到测量坐标系；
通过提取的被测要素特征点，拟合出被测要素的特征，通过坐标测量的方法，对工件尺寸和几何误差进行测量。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点：
1）本发明通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点。通过检测工装，一次测量安装就可以测量不同部位的全部被测要素，提高测量精度、节约了测量时间。
2）本发明在检测工装上设置了传感器，这些传感器的设置与相关被测要素进行关联，测量工件局部尺寸及工件整体与局部相互关系。
3）本发明设计了测量仪器与检测工装和传感器数据的关联方法。测量仪器和靶标组成测量坐标系；在检测工装上设置辅助坐标系。通过***标定的方法，获取靶标和传感器位置在辅助坐标系下的坐标值。通过坐标变换的方法，拟合出被测要素的特征，进行尺寸和几何公差的评定。
本测量方法具有良好的通用性，利用已有的测量设备，不仅可以用在筒状工件的几何要素的测量，而且根据测量工件的不同，可在不同的位置设置多套检测工装，通过改变所述检测工装的造型，该测量装置可以用于其他大型回转类工件的测量。
附图说明
图1是本发明所测量工件示意图。
图2是本发明测量方法的硬件结构连接图。
图3是本发明测量方法的数学模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述，但本发明并不限于本实施例，凡采用与本发明相似结构及其相似变化、相近思路的，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示是本发明测量对象的示意图，其需要测量的特征如表1：
Figure 601452DEST_PATH_IMAGE002
表1 工件需要测量的特征
该测量方法的硬件部分包括：测量仪器1，第一检测工装2，第二检测工装3，测量靶标4、5，无线数据传输模块6，传感器（数字百分表）7、8、9、10、11、12和13，计算机14。图2是本测量方法的硬件结构连接图。
该方法其测量***的数据传输方式为：测量仪器1测量数据通过数据总线连接到算机14上；传感器（7、8、9、10、11、12和13）数据通过无线数据传输模块4传输到计算机14，在计算机14上完成计算。
该测量方法的数学模型如图3所示：O-XYZ为测量坐标系，o-xyz为检测工装辅助坐标系。靶标点的读数可以是笛卡尔坐标系，也可以为极坐标系，极坐标系转化为空间直角坐标系的变换方程为: 
Figure 705543DEST_PATH_IMAGE004
通过测量仪器，获取靶标中心点在测量坐标系下的坐标值；通过传感器获取被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值；通过标定获取靶标在检测工装辅助坐标系下的坐标值；通过坐标变换的方法，推出被测要素特征点在测量坐标系下的坐标值，然后通过拟合的方法，对工件尺寸和几何误差进行测量。
实际测量步骤如下：
1）测量仪器1放置于在筒柱状工件的中央，测量时，测量仪器需要调整节水平基准；
2）检测工装2固定在工件上端面的沿口，检测工装3固定在工件下端面的沿口，由于靶标的设计与相关被测要素进行关联，即靶标4与基准A和基准B相关联，靶标5与基准C和基准D相关联，通过对靶标的测量，可以获取工件的内径r、外径R、工件内外表面的同轴度、工件长度L等被测要素。基准A、B、C、D为检测工装安装时的基准。
3）检测工装2上安装传感器（数字百分表）7、8、9和10，检测工装3上安装传感器（数字百分表）11、12和13。传感器设置时与相关基准要素进行关联，建立测量坐标系，通过传感器的读数，就能推算出工件端面凸沿的形状和位置信息、工件轴线和端面的垂直度、两端面的倾斜度等被测要素。关联方式如表2：
表2 被测要素与检测工装关联方法
4）传感器有标准的数据接口，通过无线传输模块把数据传输到电脑14。
5）检测工装安装完毕后，通过人工按一定的流程测量各靶标，然后在手提电脑上，应用测量软件，完成各测量项目的自动计算和表格生成。
本实施例应用需对本实施例进行***参数标定，消除各部件安装精度对***测量精度的影响之后，方可将原始数据转化为笛卡尔坐标，进行实际测量。

Claims (1)

1.一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，其特征在于：通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点；采用齐次坐标变换的方法，通过坐标平移，将获取的特征点统一变换到测量坐标系；采用最小二乘特征拟合算法，由特征点构造出被测要素的拟合要素，对工件尺寸和几何误差进行测量，其步骤如下：
1）通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点：设计检测工装，在检测工装上设置测量靶标，使测量仪器获取工件整体尺寸如工件的内外径、同轴度等被测要素的特征点；在检测工装上安装传感器，使测量仪器获取工件局部尺寸如工件端面倾斜、壁厚等被测要素的特征点；使用传感器获取被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值；测量仪器通过对靶标测量获取靶标在测量坐标系下的坐标值；测量靶标使检测工装辅助坐标系与测量坐标系相关联；
2）靶标在检测工装辅助坐标系下的坐标值可以在安装前由更高精度的测量设备通过标定给出，给出参数；传感器获取的相关被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值也可以在安装前，通过***标定确定尺寸和位置参数；采用坐标变换，将获取的相关被测要素的特征点统一到测量坐标系；
3）通过提取的被测要素特征点，拟合出被测要素的特征，通过坐标测量的方法，对工件尺寸和几何误差进行检测。
CN 201110280622 2011-09-21 2011-09-21 一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法 Expired - Fee Related CN102435156B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110280622 CN102435156B (zh) 2011-09-21 2011-09-21 一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201110280622 CN102435156B (zh) 2011-09-21 2011-09-21 一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102435156A true CN102435156A (zh) 2012-05-02
CN102435156B CN102435156B (zh) 2013-10-16

Family

ID=45983363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201110280622 Expired - Fee Related CN102435156B (zh) 2011-09-21 2011-09-21 一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102435156B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103557848A (zh) * 2013-11-12 2014-02-05 江苏省镇江船厂（集团）有限公司 大型筒式底座的安装定位及测量方法
CN104034291A (zh) * 2014-06-09 2014-09-10 同济大学 一种基于先验误差分解定权的工业测量拟合方法
CN104457601A (zh) * 2014-12-24 2015-03-25 上海数造三维科技有限公司 一种用于光固化快速成型的刮刀调节装置及方法
CN105588512A (zh) * 2015-12-15 2016-05-18 上海隧道工程有限公司 类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置与方法
CN106141810A (zh) * 2016-08-08 2016-11-23 上海航天精密机械研究所 机器人操作下筒状工件内腔加工壁厚的保证方法
CN110160442A (zh) * 2019-04-22 2019-08-23 南京航空航天大学 一种用于导管法兰端面视觉检测的柔性测量工装及其标定方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1605829A (zh) * 2004-11-11 2005-04-13 天津大学 视觉测量***现场校准装置及校准方法
CN1645043A (zh) * 2005-01-21 2005-07-27 天津大学 工件壁厚与尺寸形位误差自动测量***
JP2010032473A (ja) * 2008-07-31 2010-02-12 Sony Corp 形状評価装置、形状評価方法および形状評価プログラム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1605829A (zh) * 2004-11-11 2005-04-13 天津大学 视觉测量***现场校准装置及校准方法
CN1645043A (zh) * 2005-01-21 2005-07-27 天津大学 工件壁厚与尺寸形位误差自动测量***
JP2010032473A (ja) * 2008-07-31 2010-02-12 Sony Corp 形状評価装置、形状評価方法および形状評価プログラム

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严炳舵: "激光跟踪测量***在混凝土管片检测中的应用", 《地下工程与隧道》, no. 1, 31 December 2010 (2010-12-31), pages 18 - 20 *
王飞 李明 邵涛 程芳: "提高空间大尺寸测量精度的方法研究及应用", 《机械制造》, vol. 47, no. 542, 31 December 2009 (2009-12-31), pages 71 - 74 *
郁菁菁: "激光跟踪仪现场测量的***不确定度研究", 《机械设计与研究》, vol. 24, no. 1, 29 February 2008 (2008-02-29), pages 81 - 92 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103557848A (zh) * 2013-11-12 2014-02-05 江苏省镇江船厂（集团）有限公司 大型筒式底座的安装定位及测量方法
CN103557848B (zh) * 2013-11-12 2015-07-01 江苏省镇江船厂（集团）有限公司 大型筒式底座的安装定位及测量方法
CN104034291A (zh) * 2014-06-09 2014-09-10 同济大学 一种基于先验误差分解定权的工业测量拟合方法
CN104034291B (zh) * 2014-06-09 2017-02-22 同济大学 一种基于先验误差分解定权的工业测量拟合方法
CN104457601A (zh) * 2014-12-24 2015-03-25 上海数造三维科技有限公司 一种用于光固化快速成型的刮刀调节装置及方法
CN104457601B (zh) * 2014-12-24 2018-04-24 上海数造机电科技股份有限公司 一种用于光固化快速成型的刮刀调节方法
CN105588512A (zh) * 2015-12-15 2016-05-18 上海隧道工程有限公司 类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置与方法
CN105588512B (zh) * 2015-12-15 2018-11-02 上海隧道工程有限公司 类矩形隧道管片构件尺寸的测量装置与方法
CN106141810A (zh) * 2016-08-08 2016-11-23 上海航天精密机械研究所 机器人操作下筒状工件内腔加工壁厚的保证方法
CN106141810B (zh) * 2016-08-08 2019-09-17 上海航天精密机械研究所 机器人操作下筒状工件内腔加工壁厚的保证方法
CN110160442A (zh) * 2019-04-22 2019-08-23 南京航空航天大学 一种用于导管法兰端面视觉检测的柔性测量工装及其标定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102435156B (zh) 2013-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102435156B (zh) 一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法
CN107741198B (zh) 一种基于四轴光学扫描***转台标定的方法
CN107782240B (zh) 一种二维激光扫描仪标定方法、***及装置
CN101526345B (zh) 铸钢件的检测方法
CN105043278B (zh) 一种非接触式多点测量圆孔内径的方法
CN103486932B (zh) 检测曲轴几何形状的装置
CN102620682B (zh) 压力容器封头形状偏差测量方法及装置
CN102712091A (zh) 嵌入型臂式应变传感器
CN101629822B (zh) 振动环境中的多相机动态摄影测量方法
CN110108207A (zh) 基于探针的旋转轴回转中心线几何误差标定方法
CN106597566A (zh) 一种非开挖地下管线探测***及其实现方法
CN103009194B (zh) 一种用于大型工件的非接触式内平行平面间距测量法
CN102980550B (zh) 一种测量大尺寸机械零件平面度的高精度检测仪及方法
CN103026310B (zh) 实现从机床加工点到安装测量基准点的空间转换方法
CN102967287B (zh) 一种测量大尺寸机械零件垂直度的高精度检测仪及方法
CN110940296A (zh) 一种高超声速飞行器舵偏角测量方法
CN102944190B (zh) 一种测量大尺寸机械零件圆度的高精度检测仪及方法
CN115319727A (zh) 一种基于位姿约束和力感知的机器人标定方法
CN111536877A (zh) 一种三坐标测量机上的线激光传感器姿态标定方法
CN103162632B (zh) 离心模型3d光学位移测量***
CN203024755U (zh) 一种测量大尺寸机械零件平面度的高精度检测仪
CN208276615U (zh) 一种基于带状激光传感器的主轴动态精度检测装置
CN104132623B (zh) 一种用于测量塑料零件收缩率的测量工具
CN106323587A (zh) 机翼风洞试验模型弹性变形的单目视频高精度测量方法
CN207163432U (zh) 补偿混凝土检测装置及***

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20131016

Termination date: 20160921