一种量程扩展器及其测量方法、测量系统与流程

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种量程扩展器及其测量方法、测量系统。

背景技术：

在一些产品(如汽车)的研发试制过程中，通常都需要对产品及其生产线进行现场测量(尺寸或坐标的测量)和验证。一般选用常用的便携式坐标测量机和量程大的激光跟踪仪这两种测量设备完成现场测量，前者量程偏小，因而测量范围小，但因其购买投入少、维护成本低而被广泛采用，后者量程大，但因其购买昂贵、维护成本高而使一般企业望而却步，较少采用。为了解决便携式坐标测量机量程不足的问题，通常采用“分布局部测量法”，即将整个需要测量的范围分解成若干个局部，再用便携式坐标测量机分步、分区域进行测量，但测量过程需要多次进行拼接，导致累积误差大、工作效率低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于扩展坐标测量机量程的量程扩展器。还提供一种该量程扩展器的测量方法。另外，还提供一种使用该量程扩展器的测量系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种量程扩展器，其包括扩展支架、第一标准球组和第二标准球组，所述第一标准球组和第二标准球组分别设于所述扩展支架的两侧，所述第一标准球组和第二标准球组的标准球数量相同且不少于三个。

上述的量程扩展器中，所述第一标准球组和所述第二标准球组分别设于所述扩展支架的两端端部，或者，所述第一标准球组和所述第二标准球组分别设于所述扩展支架的两端端部及端部与中部之间的部位。

上述的量程扩展器中，所述第一标准球组和第二标准球组中的任意两个标准球之间设有间距。

上述的量程扩展器中，所述标准球的半径均相同。

上述的量程扩展器中，所述标准球通过焊接或粘胶固定在所述扩展支架上。

本发明还提供一种量程扩展器的测量方法，其包括如下步骤：

步骤一，确定上述任一项内容所述的量程扩展器的第一标准球组中的标准球与第二标准球组中的标准球之间一一对应的位置关系和位置关系函数；

步骤二，将坐标测量机置于第一测量位置，测量出第一标准球组的各个标准球在坐标测量机于第一测量位置处坐标系下的中心坐标；根据所述位置关系函数计算出第二标准球组的各个标准球在坐标测量机于第一测量位置处坐标系下的理论中心坐标；

步骤三，将坐标测量机移至第二测量位置，测量出第二标准球组的各个标准球在坐标测量机于第二测量位置处坐标系下的实际中心坐标；

步骤四，将第二标准球组的各个标准球的实际中心坐标与理论中心坐标逐一对应并拟合统一，从而将坐标测量机于第二测量位置处坐标系拟合统一到坐标测量机于第一测量位置处坐标系，实现坐标测量机的量程扩展。

上述的量程扩展器的测量方法中，当每组标准球组中的标准球数量大于三个时，测量时选取每组标准球组中的三个或者少于总数的标准球进行坐标测量。

上述的量程扩展器的测量方法中，所述位置关系函数为一次函数。

上述的量程扩展器的测量方法中，所述位置关系函数为极坐标函数。

本发明还提供一种测量系统，其包括坐标测量机以及上述任一项内容所述的量程扩展器。

实施本发明的量程扩展器及其测量方法、测量系统，相对于现有技术具有如下的优点：

1、通过量程扩展器上的两组标准球组之间相互固定的位置关系，可将坐标测量机在不同测量位置处的坐标系拟合统一在同一个坐标系下，使得坐标测量机的测量范围向任意方向延伸，从而达到扩展坐标测量机量程的目的，现场大范围测量时，只需选用便携式坐标测量机并辅以本量程扩展器即可，其结构简单、携带方便且易操作，不仅能大幅提高测量效率和测量精度，还能大大节省测量成本。

2、实施本发明的量程扩展器的测量方法及其测量系统，可直接将坐标测量机在不同测量位置处的坐标系拟合统一到同一坐标系，这样坐标测量机在不同测量位置测得的数据便可直接统一在同一个坐标系下，实现坐标测量机的量程扩展，而不需要在测量的过程中多次进行坐标拼接，操作方便，能大幅提高测量效率和测量精度，节省测量成本。

附图说明

图1是本发明的量程扩展器的结构示意图；

图2是本发明的第一标准球组与第二标准球组中的各个标准球的一一对应关系示意图；

图3是实施本发明的量程扩展器的使用方法的示意图；

其中，1、扩展支架；2、第一标准球组；3、第二标准球组；4、坐标测量机；5、第一测量位置；6、第二测量位置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1至图3所示，本发明的优选实施例，一种量程扩展器，其包括扩展支架1、第一标准球组2和第二标准球组3，第一标准球组2和第二标准球组3分别设于扩展支架1的两侧，第一标准球组2和第二标准球组3的标准球数量相同且不少于三个。两组标准球组中的各个标准球之间一一对应，并具有固定的位置关系，这样便可利用两组标准球组之间的位置关系，将坐标测量机4在不同测量位置处的坐标系拟合统一在同一个坐标系下，使得坐标测量机4的测量范围可以向任意方向延伸，从而达到扩展坐标测量机量程的目的，现场大范围测量时，只需选用便携式坐标测量机并辅以本量程扩展器即可，其结构简单、携带方便且易操作，不仅能大幅提高测量效率和测量精度，还能大大节省测量成本。

本实施例的第一标准球组2和第二标准球组3分别设于扩展支架1的两端端部。根据现场测量的实际需要，选取合适大小的量程扩展器。

当然，本实施例的第一标准球组2和第二标准球组3也可分别设于扩展支架1的两端端部及端部与中部之间的部位。这样的设计，即使选用的量程扩展器的扩展支架1的长度较长时，也能实现坐标测量机4的小范围量程扩展，增强了量程扩展器扩展量程的适应性。

本实施例的第一标准球组2和第二标准球组3中的任意两个标准球之间设有间距，这样可使同一标准球组中的标准球之间的相对位置更具任意性，从而提高坐标系拟合统一的精度。

本实施例的标准球的半径均相同，从而在装配该量程扩展器时能更为容易地保证两组标准球组中的各个标准球之间一一对应的位置关系。

本实施例的标准球通过焊接或粘胶固定在扩展支架1上。

如图2和图3所示，本发明还提供一种上述量程扩展器的测量方法，其包括如下步骤：

步骤一，确定上述量程扩展器的第一标准球组2中的标准球与第二标准球组3中的标准球之间一一对应的位置关系和位置关系函数；

步骤二，将坐标测量机4置于第一测量位置5，测量出第一标准球组2的各个标准球在坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系下的中心坐标；根据位置关系函数计算出第二标准球组3的各个标准球在坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系下的理论中心坐标；

步骤三，将坐标测量机4移至第二测量位置6，测量出第二标准球组3的各个标准球在坐标测量机4于第二测量位置6处坐标系下的实际中心坐标；

步骤四，将第二标准球组3的各个标准球的实际中心坐标与理论中心坐标逐一对应并拟合统一，从而将坐标测量机4于第二测量位置6处坐标系拟合统一到坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系，实现坐标测量机4的量程扩展。实际上就是确定坐标测量机4于第二测量位置6处坐标系下的坐标与坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系下的坐标之间一一映射的关系，使坐标测量机4于第二测量位置6处测得的任何坐标都可以直接对应到坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系中的坐标。第二标准球组3的各个标准球的实际中心坐标可通过坐标测量机4的测量软件与理论中心坐标实现拟合统一。

本实施例中，当每组标准球组中的标准球数量大于三个时，测量时选取每组标准球组中的三个或者少于总数的标准球进行坐标测量。如此既可以实现坐标测量机4在不同测量位置处坐标系的拟合统一，又可以减少测量时间和坐标系拟合统一时间，提高测量效率。

实施本实施例的量程扩展器的测量方法，可直接将坐标测量机4在不同测量位置处的坐标系拟合统一到同一坐标系，这样坐标测量机4在不同测量位置测得的数据便可直接统一在同一个坐标系下，实现坐标测量机4的量程扩展，而不需要在测量的过程中多次进行坐标拼接，操作方便，能大幅提高测量效率和测量精度，节省测量成本，另外，坐标测量机4可以在任意测量位置、任意角度测量出标准球的中心坐标以及进行现场测量的工作，也就是说，使用该量程扩展器并不会限定坐标测量机4的测量位置，保证了坐标测量机4测量位置的灵活性。

本实施例的位置关系函数为一次函数，如此可使第一标准球组2与第二标准球组3中一一对应的标准球之间的连线相互平行，以便于快速精确地计算出第二标准球组3的各个标准球在坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系下的理论中心坐标，减小计算误差，提高坐标系拟合统一的精度。

当然，本实施例的位置关系函数也可以为极坐标函数F(r,θ)，由极坐标函数F(r,θ)计算出第二标准球组3的各个标准球在坐标测量机4于第一测量位置5处坐标系下的理论中心坐标。

本实施例的坐标测量机4为便携式坐标测量机，这是因为便携式坐标测量机的结构小巧，购入成本和维修成本相对较低，携带方便，而量程扩展器可使便携式坐标测量机的测量范围向任意方向延伸，以完全满足现场测量的要求。

此外，本发明还提供一种测量系统，其包括坐标测量机4以及上述量程扩展器，其中，坐标测量机4为便携式坐标测量机。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。