CN112815841A - 法向测量传感器的位置标定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种法向测量传感器的位置标定方法及装置，其中，一种法向测量传感器的位置标定装置，包括主轴、芯棒和标定板，所述主轴传动设在机床上，所述芯棒的一端和主轴相连，所述标定板上设有第一孔、第二孔和第三孔，所述标定板通过第一孔或第二孔或第三孔安装在芯棒的另一端；所述标定板的第一面和标定板的第二面具有夹角α。

Description

法向测量传感器的位置标定方法及装置
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种法向测量传感器的位置标定方法及装置。
背景技术
在飞机装配过程中，制孔及铆接仍然是目前装配作业中重要的作业方式。为了手工制孔和铆接工艺中，为避免制孔和实际孔位引起的偏差，需要通过四个法向测量传感器通过测量待加工区域多个点构建平面计算出该区域的法向。但现有技术中，传统的法向测量传感器标定方法需要借助外部测量设备对法向测量传感器标定，主观因素影响大，标定精度低，从而影响法向测量传感器测量的精度。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种法向测量传感器的位置标定方法及装置，通过不需要依赖外部设备对法向测量传感器的位置标定，解决了法向测量传感器测量精度低的技术问题。
(2)技术方案
第一方面，本发明的实施例提出了一种法向测量传感器的位置标定方法，包括以下步骤：
S1，将芯棒的一端安装在主轴上，将标定板通过标定板上的第一孔安装在芯棒的另一端，且标定板的第一面朝向主轴；
S2，所述主轴将芯棒和标定板带至第一位置时，获取四个法向测量传感器的读数l1，l2，l3，l4；以标定板和主轴轴线的交点为原点，在第一标定板的第一面上，以第一孔中心和第二孔中心的连线为X轴，主轴轴线为Z轴建立坐标系；
所述主轴将芯棒和标定板带至第二位置时，所述主轴沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器的读数l11，l21，l31，l41；
则四个法向测量传感器射线单位向量中沿主轴轴线的分向量p分别为:
Figure BDA0002882217140000021
四个法向测量传感器在主轴轴线方向的位置分量z分别为：
Figure BDA0002882217140000022
S3，所述主轴将芯棒和标定板第二次带至第一位置，将标定板通过标定板上的第二孔安装在芯棒的另一端，且标定板的第二面朝向主轴，所述第二面与第一面具有夹角α，获取四个法向测量传感器的读数l12，l22，l32，l42；
所述主轴将芯棒和标定板第二次带至第二位置时，所述主轴沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器的读数l13，l23，l33，l43；
则四个法向测量传感器射线单位向量中沿Y轴的分向量n分别为：
Figure BDA0002882217140000023
S4，所述主轴将芯棒和标定板第三次带至第一位置，将标定板通过标定板上的第三孔安装在芯棒的另一端，获取四个法向测量传感器的读数l14，l24，l34，l44；
所述主轴将芯棒和标定板第三次带至第二位置时，所述主轴沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器的读数l15，l25，l35，l45；
则四个法向测量传感器射线单位向量中沿Y轴的分向量m分别为：
Figure BDA0002882217140000031
S5，根据步骤S3和步骤S4中标定板的平面方程，将上述步骤中得到的变量带入四个法向测量传感器的坐标x和y中，则有：
Figure BDA0002882217140000032
Figure BDA0002882217140000041
从而得到四个法向测量传感器的坐标(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4)，得到四个法向测量传感器(11,12,13,14)的的射线单位向量(m1，n1，p1)，(m2，n2，p2)，(m3，n3，p3)，(m4，n4，p4)。
进一步改进的，所述夹角α小于90°。
进一步改进的，所述夹角α小于或等于45°。
进一步改进的，所述夹角α为45°。
本发明的第二目的是提出一种法向测量传感器的位置标定装置，其采用的技术方案如下：
一种法向测量传感器的位置标定装置，包括主轴、芯棒和标定板，所述主轴传动设在机床上，所述芯棒的一端和主轴相连，所述标定板上设有第一孔、第二孔和第三孔，所述标定板通过第一孔或第二孔或第三孔安装在芯棒的另一端；所述标定板的第一面和标定板的第二面具有夹角α。
进一步改进的，所述夹角α小于90°。
进一步改进的，所述夹角α小于45°。
进一步改进的，所述夹角α为45°。
进一步改进的，在标定板的第一面上，所述第一孔中心和第二孔中心的连线为第一连线，所述第一孔中心和第三孔中心的连线为第二连线，所述第一连线和第二连线垂直。
(3)有益效果
综上，本发明法向测量传感器的位置标定方法，最后得出四个法向测量传感器的坐标和射线单位向量，从而可以精确得到四个法向测量传感器的位置，解决了向测量传感器测量的精度低的技术问题。传统的法向测量传感器标定方法需要借助外部测量设备对法向测量传感器标定，本发明法向测量传感器的位置标定方法及装置无需借助除法向测量传感器本身外的测量设备，降低了对测量设备的依赖。标定精度不受设备控制精度与工况影响，排除人工主观影响，能够提高标定的精度。
本发明法向测量传感器的位置标定装置，结构简单、体积小、模块化，便于加工与携带，成本低，不需其他辅助装置，减少了法向测量传感器标定时的对法向测量传感器的调整等操作，使用第一孔、第二孔、第三孔实现定位，降低了标定时操作的难度和操作的复杂性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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是本发明一实施例中，法向测量传感器的位置标定装置和四个法向测量传感器的结构示意图(立体图)。
图2是本发明一实施例中，法向测量传感器的位置标定装置和四个法向测量传感器的结构示意图(侧视图)。
图3是本发明一实施例中标定板的结构示意图(主视图和左视图)。
图4是法向测量传感器标定示意图。
图中：
1-标定板；2-主轴；3-芯棒；4-定位销；11-14-法向测量传感器；h1-第三孔；h2-第二孔；h3-第一孔；S1-第一面；S2-第二面；α-夹角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参照图4，A代表法向测量传感器，P表示法向测量传感器射线光斑，l表示法向测量传感器读数，以标定板1和主轴2轴线的交点为原点，在第一标定板1的第一面S1上，以第一孔h3中心和第二孔h1中心的连线为X轴，主轴2轴线为Z轴建立坐标系。设法向测量传感器器位置坐标为(x,y,z),AP为法向测量传感器射线单位向量是(m,n,p)。
根据单位向量和模之间的关系可知：
Figure BDA0002882217140000061
则可得光斑P点坐标计算公式：
Figure BDA0002882217140000062
以下为该标定方法从减少计算方面出发的最优步骤。
具体的，在本实施例中，请参照图1至图4，一种法向测量传感器的位置标定方法，包括以下步骤：
S1，将芯棒3的一端安装在主轴2上，将标定板1通过标定板1上的第一孔h3安装在芯棒3的另一端，且标定板1的第一面S1朝向主轴2；
S2，所述主轴2将芯棒3和标定板1带至第一位置时，获取四个法向测量传感器(11,12,13,14)的读数l1，l2，l3，l4；以标定板1和主轴2轴线的交点为原点，在第一标定板1的第一面S1上，以第一孔h3中心和第二孔h1中心的连线为X轴，主轴2轴线为Z轴建立坐标系；
所述主轴2将芯棒3和标定板1带至第二位置时，所述主轴2沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器(11,12,13,14)的读数l11，l21，l31，l41；
则四个法向测量传感器(11,12,13,14)射线单位向量中沿主轴2轴线的分向量p分别为:
Figure BDA0002882217140000063
四个法向测量传感器(11,12,13,14)在主轴2轴线方向的位置分量z分别为：
Figure BDA0002882217140000071
S3，所述主轴2将芯棒3和标定板1第二次带至第一位置，将标定板1通过标定板1上的第二孔h1安装在芯棒3的另一端，且标定板1的第二面S2朝向主轴2，所述第二面S2与第一面S1具有夹角α，获取四个法向测量传感器(11,12,13,14)的读数l12，l22，l32，l42；
所述主轴2将芯棒3和标定板1第二次带至第二位置时，所述主轴2沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器(11,12,13,14)的读数l13，l23，l33，l43；
则四个法向测量传感器(11,12,13,14)射线单位向量中沿Y轴的分向量n分别为：
Figure BDA0002882217140000072
S4，所述主轴2将芯棒3和标定板1第三次带至第一位置，将标定板1通过标定板1上的第三孔安装在芯棒3的另一端，获取四个法向测量传感器(11,12,13,14)的读数l14，l24，l34，l44；
所述主轴2将芯棒3和标定板1第三次带至第二位置时，所述主轴2沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器(11,12,13,14)的读数l15，l25，l35，l45；
则四个法向测量传感器(11,12,13,14)射线单位向量中沿Y轴的分向量m分别为：
Figure BDA0002882217140000081
S5，根据步骤S3和步骤S4中标定板1的平面方程，将上述步骤中得到的变量带入四个法向测量传感器(11,12,13,14)的坐标x和y中，则有：
Figure BDA0002882217140000082
Figure BDA0002882217140000083
从而得到四个法向测量传感器(11,12,13,14)的坐标(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4)，得到四个法向测量传感器(11,12,13,14)的的射线单位向量(m1，n1，p1)，(m2，n2，p2)，(m3，n3，p3)，(m4，n4，p4)。
本实施例法向测量传感器的位置标定方法，最后得出四个法向测量传感器(11,12,13,14)的坐标和射线单位向量，从而可以精确得到四个法向测量传感器的位置，解决了法向测量传感器测量的精度低的技术问题。传统的法向测量传感器标定方法需要借助外部测量设备对法向测量传感器标定，本实施例法向测量传感器的位置标定方法及装置无需借助除法向测量传感器本身外的测量设备，降低了对测量设备的依赖。标定精度不受设备控制精度与工况影响，排除人工主观影响，能够提高标定的精度。
进一步地，在一实施例中，所述夹角α小于90°。
进一步地，在一实施例中，所述夹角α小于或等于45°。
进一步地，在一实施例中，所述夹角α为45°。
本实施例还提出了一种法向测量传感器的位置标定装置，其采用的技术方案如下：
一种法向测量传感器的位置标定装置，包括主轴2、芯棒3和标定板1，所述主轴2传动设在机床上，所述芯棒3的一端和主轴2相连，所述标定板1上设有第一孔h3、第二孔h1和第三孔，所述标定板1通过第一孔h3或第二孔h1或第三孔安装在芯棒3的另一端；所述标定板1的第一面S1和标定板1的第二面S2具有夹角α。具体的，标定板1和芯棒3之间通过定位销4定位连接，四个法向测量传感器(11,12,13,14)沿芯棒3周向设置，四个法向测量传感器(11,12,13,14)朝标定板1发射射线光斑，从而对标定板1的位置进行测量检测。
本实施例法向测量传感器的位置标定装置，结构简单、体积小、模块化，便于加工与携带，成本低，不需其他辅助装置，减少了法向测量传感器标定时的对法向测量传感器的调整等操作，使用第一孔、第二孔、第三孔实现定位，降低了标定时操作的难度和操作的复杂性。
进一步地，在一实施例中，所述夹角α小于90°。
进一步地，在一实施例中，所述夹角α小于45°。
进一步地，在一实施例中，所述夹角α为45°。
进一步地，在一实施例中，在标定板1的第一面S1上，所述第一孔h3中心和第二孔h1中心的连线为第一连线，所述第一孔h3中心和第三孔中心的连线为第二连线，所述第一连线和第二连线垂直。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种法向测量传感器的位置标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将芯棒的一端安装在主轴上，将标定板通过标定板上的第一孔安装在芯棒的另一端，且标定板的第一面朝向主轴；
S2，所述主轴将芯棒和标定板带至第一位置时，获取四个法向测量传感器的读数l1，l2，l3，l4；以标定板和主轴轴线的交点为原点，在第一标定板的第一面上，以第一孔中心和第二孔中心的连线为X轴，主轴轴线为Z轴建立坐标系；
所述主轴将芯棒和标定板带至第二位置时，所述主轴沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器的读数l11，l21，l31，l41；
则四个法向测量传感器射线单位向量中沿主轴轴线的分向量p分别为:
Figure FDA0002882217130000011
四个法向测量传感器在主轴轴线方向的位置分量z分别为：
Figure FDA0002882217130000012
S3，所述主轴将芯棒和标定板第二次带至第一位置，将标定板通过标定板上的第二孔安装在芯棒的另一端，且标定板的第二面朝向主轴，所述第二面与第一面具有夹角α，获取四个法向测量传感器的读数l12，l22，l32，l42；
所述主轴将芯棒和标定板第二次带至第二位置时，所述主轴沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器的读数l13，l23，l33，l43；
则四个法向测量传感器射线单位向量中沿Y轴的分向量n分别为：
Figure FDA0002882217130000021
S4，所述主轴将芯棒和标定板第三次带至第一位置，将标定板通过标定板上的第三孔安装在芯棒的另一端，获取四个法向测量传感器的读数l14，l24，l34，l44；
所述主轴将芯棒和标定板第三次带至第二位置时，所述主轴沿其轴线移动距离为Δl，获取四个法向测量传感器的读数l15，l25，l35，l45；
则四个法向测量传感器射线单位向量中沿Y轴的分向量m分别为：
Figure FDA0002882217130000022
S5，根据步骤S3和步骤S4中标定板的平面方程，将上述步骤中得到的变量带入四个法向测量传感器的坐标x和y中，则有：
Figure FDA0002882217130000031
Figure FDA0002882217130000032
从而得到四个法向测量传感器的坐标(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4)，得到四个法向测量传感器(11,12,13,14)的的射线单位向量(m1，n1，p1)，(m2，n2，p2)，(m3，n3，p3)，(m4，n4，p4)。
2.根据权利要求1所述的法向测量传感器的位置标定方法，其特征在于，所述夹角α小于90°。
3.根据权利要求2所述的法向测量传感器的位置标定方法，其特征在于，所述夹角α小于或等于45°。
4.根据权利要求3所述的法向测量传感器的位置标定方法，其特征在于，所述夹角α为45°。
5.一种如权利要求1至4任一项法向测量传感器的位置标定方法所采用的法向测量传感器的位置标定装置，其特征在于，包括主轴、芯棒和标定板，所述主轴传动设在机床上，所述芯棒的一端和主轴相连，所述标定板上设有第一孔、第二孔和第三孔，所述标定板通过第一孔或第二孔或第三孔安装在芯棒的另一端；所述标定板的第一面和标定板的第二面具有夹角α。
6.根据权利要求5所述的法向测量传感器的位置标定装置，其特征在于，所述夹角α小于90°。
7.根据权利要求5所述的法向测量传感器的位置标定装置，其特征在于，所述夹角α小于45°。
8.根据权利要求5所述的法向测量传感器的位置标定装置，其特征在于，所述夹角α为45°。
9.根据权利要求5所述的法向测量传感器的位置标定装置，其特征在于，在标定板的第一面上，所述第一孔中心和第二孔中心的连线为第一连线，所述第一孔中心和第三孔中心的连线为第二连线，所述第一连线和第二连线垂直。
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