CN104034228A - 坐标机引导定位装置及其校准方法、定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坐标机引导定位装置及其校准方法、定位方法，所述坐标机引导定位装置，包括标准测量机构，所述标准测量机构通过紧固件固设在坐标机移动轴上，所述标准测量机构为标准球、标准块、标准直角块中的至少一种；所述标准块的测量面在坐标系下与其中一个坐标平面平行；所述标准直角块包括两个相互垂直的测量面，且该两个相互垂直的测量面在坐标系下分别与其中两个坐标平面平行，所述坐标系为坐标机的坐标系。本发明的坐标机引导定位装置尤其适合带有球面、柱面、平面类、或者孔状结构的工件的精确定位，而且定位效率高。

Description

坐标机引导定位装置及其校准方法、定位方法

技术领域

本发明属于坐标机定位技术领域，具体地说，是涉及一种坐标机引导定位装置及其校准方法、定位方法。

背景技术

在三坐标测量机应用中,其中一种应用是借助测量机将某个构件精确的放到某个确定位置，例如在汽车检具组装过程中，需要对每块构件进行精确的定位安装。具体过程是：将构件粗略固定在所在位置，通过坐标机测量构件的某个基准面，得到构件目前位置，将目前位置与实际需要位置的对比得到位置偏差，手工微调整构件位置来逼近位置偏差，通过反复的测量调整，最终将构件固定在准确的位置，位置误差要在允许的范围内。

通过这种方式调整，调整过程要反复很多次，费事费力，对操作人员的操作技能和经验也有较高的要求。

发明内容

本发明为了解决现有定位方法需要人工反复微调，精确度不高以及效率低的技术问题，提供了一种坐标机引导定位装置及其校准方法、定位方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种坐标机引导定位装置，所述引导定位装置通过紧固件固设在坐标机移动轴上，所述引导定位装置包括标准球、标准块、标准直角块中的至少一种；所述标准块包括一个测量面，且标准块的测量面在坐标系下与其中一个坐标平面平行；所述标准直角块包括两个相互垂直的测量面，且该两个相互垂直的测量面在坐标系下分别与其中两个坐标平面平行。

进一步的，所述紧固件包括用于固定所述标准球的中心轴、旋转套，所述中心轴穿过所述旋转套的套筒，通过第一锁紧机构与所述旋转套锁紧固定，所述标准球固定在所述中心轴的一端，所述中心轴的另外一端固定在坐标机移动轴上。

进一步的，所述中心轴的另外一端带有外螺纹，坐标机移动轴上带有与所述外螺纹相配合的螺纹套。

又进一步的，所述标准测量机构同时包括标准球和标准块、或者同时包括标准球和标准直角块时，所述紧固件还包括用于固定所述标准块或者标准直角块的支架，所述旋转套通过第二锁紧机构固定在所述支架一侧，所述标准块或者标准直角块通过第三锁紧机构固定在所述支架的另外一侧。

再进一步的，所述的第一锁紧机构、第二锁紧机构或者第三锁紧机构为螺钉。

基于上述的一种坐标机引导定位装置，本发明提供了上述坐标机引导定位装置的校准方法，包括前面所述的坐标机引导定位装置，该装置的校准方法包括以下步骤：

标准球的校准：移动坐标机移动轴，使得所述标准球内切于所述校准块，利用所述校准块的坐标值以及标准球的半径计算出标准球球心的坐标值；

标准块的校准：移动坐标机移动轴，调整紧固件使得所述标准块的测量面与校准块的其中一个立面相贴合；

标准直角块的校准：移动坐标机移动轴，调整紧固件使得所述标准直角块的两个测量面与校准块的两个相邻立面相贴合，根据校准块的坐标值计算标准直角块的坐标值；

所述校准块包括凸台和与所述凸台一体成型的底座，所述凸台至少包括两个相互垂直的侧面，该相互垂直的侧面即校准块的立面，所述底座的平面至少与其中一个相互垂直的侧面垂直相交。

进一步的，所述紧固件通过调整第二锁紧机构和/或第二锁紧机构对所述标准块和/或标准直角块校准。

又进一步的，还包括使用测头对校准块进行校准的步骤，所述校准块的两个相邻立面分别与坐标系的两个相邻坐标平面平行。

基于前面所述的一种坐标机引导定位装置，本发明同时提供了一种坐标机快速定位方法，包括如前面所述的坐标机引导定位装置，其定位方法包括以下步骤：

（1）、根据待定位工件确定选择具有何种特征的标准测量机构，所述标准测量机构至少包括具有标准球、标准块、标准直角块特征；

（2）、根据标准测量机构的坐标值以及目标位置坐标值，计算所述标准测量机构需要移动的位置，控制坐标机移动轴驱动标准测量机构至目标位置；

（3）、将待定位工件固定于标准测量机构所引导的目标位置。

进一步的，所述的待定位工件包括带有球面、柱面、平面类、或者孔状结构的工件。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的坐标机引导定位装置，通过计算，可以精确的将标准测量机构驱动至目标位置，标准测量机构作为引导机构，尤其适合带有球面、柱面、或者孔状结构的工件的精确定位，而且定位效率高。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所提出的坐标机引导定位装置一种实施例结构示意图；

图2是本发明所提出的坐标机引导定位装置另外一种实施例结构示意图；

图3是本发明所提出的坐标机引导定位装置校准方法一种实施例中校准块的结构示意图；

图4是本发明所提出的坐标机引导定位装置校准方法一种实施例中工作状态结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，参见图1所示，为坐标机的局部结构示意图，包括移动轴101，本实施例的一种坐标机引导定位装置102，该引导定位装置102通过紧固件（图中未示出）固设在坐标机移动轴101上，其中，引导定位装置102包括标准球、标准块、标准直角块中的至少一种；所述标准块包括一个测量面，且标准块的测量面在坐标系下与其中一个坐标平面平行；所述标准直角块包括两个相互垂直的测量面，且该两个相互垂直的测量面在坐标系下分别与其中两个坐标平面平行。图1中示出了引导定位装置102同时包括标准球103和标准块104的一种情况，当然，引导定位装置102也可以根据实际需要单独设置上述中的一种，标准块104的测量面A在坐标系下与其中一个坐标平面平行；需要说明的是，本图1中还包括标准直角块，标准直角块包括两个相互垂直的测量面，因此，其可以在标准块104的基础上，通过再设置一个块状结构105即可，块状结构105具有与标准块104的测量面A相垂直的测量面B，且该两个相互垂直的测量面在坐标系下分别与其中两个坐标平面平行，所述坐标系为坐标机的坐标系。

引导定位装置102固设在坐标机移动轴101上，其可以随着移动轴101移动，在坐标机的坐标系中，因此，若需要为待定位工件定位时，由于引导定位装置102的坐标值是可以确定的，只需先控制引导定位装置102运行至目标位置，将待定位工件按照标引导定位装置102的引导的位置即可精准的定位。采用何种结构的引导定位装置102可以根据待定位工件的结构选择，比如，需要定位球状、弧状、或者带有孔状结构的工件时，可以选择采用标准球103进行引导定位，比如，将标准球驱动至满足球心坐标为（X1,Y1，Z1），其中，（X1,Y1）为目标位置分别在X轴和Y轴的坐标值，固定工件时，只需将工件的弧或者球体与标准球在Z轴相切，或者将工件的孔套在标准球上，且孔的轴向与Z轴平行，因此该工件在X轴和Y轴的坐标值即为（X1,Y1），也就是目标位置分别在X轴和Y轴的坐标值。当然，上述仅是本坐标机引导定位装置的其中一种应用，其可以在坐标系中3坐标方向上的任意定位。

作为一个优选实施例，参见图2所示，紧固件包括用于固定所述标准球的中心轴201、旋转套202，中心轴201穿过所述旋转套202的套筒，通过第一锁紧机构203与所述旋转套202锁紧固定，所述标准球103固定在所述中心轴201的一端，所述中心轴201的另外一端固定在坐标机移动轴上。通过设置旋转套，当第一锁紧机构201未锁紧时，旋转套202可以绕中心轴201旋转，因此，当需要设置标准块或者标准直角块时，通过将标准块或者标准直角块与旋转套202固定，方便校准标准块或者标准直角块的位置。

为了方便紧固件与坐标机移动轴固定，所述中心轴201的另外一端带有外螺纹（图中未示出），坐标机移动轴上带有与所述外螺纹相配合的螺纹套，方便本标引导定位装置的安装和拆卸。

为了进一步减小本装置的复杂度，参见图1所示，坐标机包括测头106,该测头106通过测座107与坐标机移动轴101固定连接，一般情况下，测头106是通过螺纹与测座107连接，因此，优选设置中心轴201的外螺纹与测头106的螺纹一致，可以将测头106拧下、将本装置通过螺纹与测座固定连接即可，无需专门为中心轴201另设螺纹套。此时，采用图2中的坐标机引导定位装置即可，图1中的标准测量机构102、标准球103和标准块104、以及块状结构105均无需设置。

参见图2所示，本实施例可以在前面所述标准测量机构包括标准球103的基础上，增加标准块104，所述紧固件还包括用于固定所述标准块104的支架108，所述旋转套202通过第二锁紧机构204固定在所述支架108一侧，所述标准块104通过第三锁紧机构205固定在所述支架108的另外一侧。标准块104具有在坐标系下与其中一个坐标平面平行的测量面A，由于该测量面A的坐标可以计算，因此，可以采用测量面A在某一坐标轴方向上进行定位。

基于上述的一种引导定位装置，本实施例的引导定位装置同时包括标准球和标准直角块，由于标准直角块包括两个相互垂直的测量面，因此，其可以在标准块102的基础上，通过再设置一个块状结构105即可，块状结构105具有与标准块102的测量面A相垂直的测量面B，且该两个相互垂直的测量面在坐标系下分别与其中两个坐标平面平行。

第二锁紧机构204、第三锁紧机构205均可调节，分别用于将标准块、标准直角块调整至符合与坐标系中坐标平面平行，为了方便调节，所述的第一锁紧机构203、第二锁紧机构204或者第三锁紧机构205优选采用螺钉。

实施例二，基于实施例一中的一种坐标机引导定位装置，本实施例提供了上述坐标机引导定位装置的校准方法，包括实施例一中的坐标机引导定位装置，参见图4所示，该装置的校准方法包括以下步骤：

将所述坐标机引导定位装置进行校准；所述引导定位装置为标准球、标准块、标准直角块中的至少一种，校准方式分别为：

标准球的校准：移动坐标机移动轴，使得所述标准球内切于所述校准块3，利用所述校准块3的坐标值以及标准球的半径计算出标准球球心的坐标值；

标准块的校准：移动坐标机移动轴，调整紧固件使得所述标准块的测量面与校准块3的其中一个立面相贴合；

标准直角块的校准：移动坐标机移动轴，调整紧固件使得所述标准直角块的两个测量面与校准块3的两个相邻立面相贴合，根据校准块的坐标值计算标准直角块的坐标值；

如图3所示，所述校准块3包括凸台301和与所述凸台301一体成型的底座302，所述凸台301至少包括两个相互垂直的侧面C面和D面，该相互垂直的侧面即校准块的立面，所述底座302的平面E至少与其中一个相互垂直的侧面垂直相交，如本实施例中，平面E和C面垂直相交。

本方法的设置是基于坐标机引导定位装置的工作原理，该坐标机引导定位装置用于为待定位工件进行位置引导，因此，首先保证坐标机引导定位装置在坐标系中位置是可计算的，而且需要保证该坐标机引导定位装置的标尺功能，也即，比如，标准测量机构为标准球时，若已校准块为基点的话，应当计算出标准球的内切于校准块时的坐标值，当需要驱动标准球至目标位置时，只需获取目标位置的坐标，即可计算出应驱动标准球行走的路径，以实现对本引导定位装置的精确定位，进而可以实现精确的引导待定位工件。在引导定位过程中，由于本引导定位装置可以起到标尺的作用，因此，在校准时，对标准块的校准以及标准直角块的校准，应使标准块的测量面与坐标系的其中一个坐标平面平行，或者使标准直角块的两个测量面分别与坐标系中两个相邻坐标平面平行。

所述紧固件通过调整第二锁紧机构和/或第二锁紧机构对所述标准块和/或标准直角块校准。

此外，本实施例中通过采用校准块进行校准，若坐标机自身不带校准块而需另外设置校准块的话，还包括使用测头对校准块进行校准的步骤，使得所述校准块的两个相邻立面分别与坐标系的两个相邻坐标平面平行。

实施例三，基于实施例一中的坐标机引导定位装置，本实施例提供了一种坐标机快速定位方法，包括如实施例一所述的坐标机引导定位装置，本实施例的定位方法包括以下步骤：

（1）、根据待定位工件确定选择具有何种特征的标准测量机构，所述标准测量机构至少包括具有标准球、标准块、标准直角块特征；

（2）、根据标准测量机构的坐标值以及目标位置坐标值，计算所述标准测量机构需要移动的位置，控制坐标机移动轴驱动标准测量机构至目标位置；

（3）、将待定位工件固定于标准测量机构所引导的目标位置。

所述的待定位工件可以为带有球面、柱面、平面类、或者孔状结构的工件。本实施例中将标准球作为引导机构，尤其适合带有球面、柱面、或者孔状结构的工件的精确定位，将标准直角块作为引导机构，适合直角类零件、已知直径球类零件和已知直径圆柱类零件靠在直角上或与两直角面同时相切来确定上述类型零件的定位。而且定位效率高。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种坐标机引导定位装置，其特征在于，所述引导定位装置通过紧固件固设在坐标机移动轴上，所述引导定位装置包括标准球、标准块、标准直角块中的至少一种；所述标准块包括一个测量面，且标准块的测量面在坐标系下与其中一个坐标平面平行；所述标准直角块包括两个相互垂直的测量面，且该两个相互垂直的测量面在坐标系下分别与其中两个坐标平面平行。

2.根据权利要求1所述的坐标机引导定位装置，其特征在于，所述紧固件包括用于固定所述标准球的中心轴、旋转套，所述中心轴穿过所述旋转套的套筒，通过第一锁紧机构与所述旋转套锁紧固定，所述标准球固定在所述中心轴的一端，所述中心轴的另外一端固定在坐标机移动轴上。

3.根据权利要求1所述的坐标机引导定位装置，其特征在于，所述中心轴的另外一端带有外螺纹，坐标机移动轴上带有与所述外螺纹相配合的螺纹套。

4.根据权利要求2或3所述的坐标机引导定位装置，其特征在于，所述标准测量机构同时包括标准球和标准块、或者同时包括标准球和标准直角块时，所述紧固件还包括用于固定所述标准块或者标准直角块的支架，所述旋转套通过第二锁紧机构固定在所述支架一侧，所述标准块或者标准直角块通过第三锁紧机构固定在所述支架的另外一侧。

5.根据权利要求4所述的坐标机引导定位装置，其特征在于，所述的第一锁紧机构、第二锁紧机构或者第三锁紧机构为螺钉。

6.一种坐标机引导定位装置校准方法，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的坐标机引导定位装置，该装置的校准方法包括以下步骤：

标准球的校准：移动坐标机移动轴，使得所述标准球内切于所述校准块，利用所述校准块的坐标值以及标准球的半径计算出标准球球心的坐标值；

标准块的校准：移动坐标机移动轴，调整紧固件使得所述标准块的测量面与校准块的其中一个立面相贴合；

标准直角块的校准：移动坐标机移动轴，调整紧固件使得所述标准直角块的两个测量面与校准块的两个相邻立面相贴合，根据校准块的坐标值计算标准直角块的坐标值；

所述校准块包括凸台和与所述凸台一体成型的底座，所述凸台至少包括两个相互垂直的侧面，该相互垂直的侧面即校准块的立面，所述底座的平面至少与其中一个相互垂直的侧面垂直相交。

7.根据权利要求6所述的坐标机引导定位装置校准方法，其特征在于，所述紧固件通过调整第二锁紧机构和/或第二锁紧机构对所述标准块和/或标准直角块校准。

8.根据利要求7所述的坐标机引导定位装置校准方法，其特征在于，还包括使用测头对校准块进行校准的步骤，所述校准块的两个相邻立面分别与坐标系的两个相邻坐标平面平行。

9.一种坐标机快速定位方法，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的坐标机引导定位装置，其定位方法包括以下步骤：

（1）、根据待定位工件确定选择具有何种特征的标准测量机构，所述标准测量机构至少包括具有标准球、标准块、标准直角块特征；

（2）、根据标准测量机构的坐标值以及目标位置坐标值，计算所述标准测量机构需要移动的位置，控制坐标机移动轴驱动标准测量机构至目标位置；

（3）、将待定位工件固定于标准测量机构所引导的目标位置。

10.根据权利要求9所述的坐标机快速定位方法，其特征在于，所述的待定位工件包括带有球面、柱面、平面类、或者孔状结构的工件。