专利名称：与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法
技术领域：
本发明属于计量学中三坐标测量的技术领域，具体涉及一种手动的三坐标测量方 法，即关节臂测量机测量时的使用方法及其它类型的三坐标测量机测量时同样也可以借鉴 使用。
背景技术：
目前在汽车车身焊接夹具各定位物体的测量中，其中定位销的测量，不论是与基 准面垂直的，还是与基准面不垂直的，其测量的元素都是一个二维元素——圆，这是根据本 领域的工作特点，技术人员或相关人员只是单纯的为了提高工作效率，现在已经成为本领 域技术人员的习惯。此种测量方法在测量一个与基准面垂直的定位销并不存在什么问题， 因为与基准面垂直的定位销，在销子的长度方向上，其空间位置是不影响钣金件装配的，所 以其空间的三个方向只要考虑两个位置就可以了。但是，在测量一个与基准面不垂直的定 位销，其测量方法明显存在不便对被测物体进行调整的诸多缺陷，而且还受到提供被测量 物体数模的制约，其测量的结果准确与否，很难得到验证，因为在测量与基准面不垂直的定 位销时，实际测量的位置和理论的位置很可能就不在同一个位置，造成测量的数据与理论 的数据无法正确的一一对应比较。另外，如果是车身的产品数模即钣金件数模，这实际上就 是被比对象的理论数据，上述的测量方法很明显就不适用，所测量的数据需要人工和数模 进行复杂的数据比较计算，才可以得到被测元素的偏差值，受到外界因素的影响，比较出来 的结果还不一定准确。而且测量出来的结果与理论数值比较的时间长，效率很低，其方法根 本不适合现场夹具的测量后调整的需要。从现场的夹具使用情况来看，与夹具基准面不垂 直定位销的实际使用情况很不乐观，其原因就是定位销的空间位置存在较大的偏差，很难 实现车身钣金件与定位销的完好装配。定位销的空间位置存在较大的偏差，指的就是定位 销的空间坐标，相对于其他与基准面垂直的定位销来讲，最根本的还是测量方法引起的偏 差，加工偏差也存在，但是最终还是要靠三坐标测量来确定。另外，利用测量软件中的“仅点模式”和“自动查找理论值”的功能如图2所示，也 可以实现与基准面不垂直定位销的测量，即在定位销的外表面即圆柱的外表面上测量一定 数量的单点，实现点与点的实时比较也可以得到被测量物体的偏差值。该方法也就是先采 用关节臂测量机对被测对象进行实物测量获得其位置的实际数据，然后测量软件根据实际 的测量点去查找该被测物体的理论值，实际上这两个过程是同时进行的，测量的数据出来 了，其和理论值比较后的偏差也就出来了。对于传统的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法存在的缺点进行分析经考 察国内几家的车身焊接夹具制造厂，对于焊接夹具各定位元件的测量，夹具制造厂家提供 的都是自身设计的夹具数模，这些夹具数模就是夹具制造厂家根据车身钣金件设计的理论 数据而设计的，和实物具有一一对应的关系，测量与夹具基准面不垂直定位销的方法就是 在定位销的长度方向上，与定位销垂直的平面上即销座的位置，图1中的点1，2，3位置测量 三个点，该三点是对实物进行测量的，然后在测量软件中构造一个平面，并作为所测量圆的投影面，再在定位销上的圆柱面实物的最高点和接近销座的位置分别测量一个截面圆，如 图1中的点4和点5位置所示，然后在测量软件中将两个截面圆分别投影到同一个平面上 即图中点1、2、3构造的一个平面，再评价其投影后圆的空间位置，即可得出所测物体的偏 差值，这种方法我们称之为截面圆法。图1中标记4、5是两个测量的截面圆，标记6是夹具 上的基准面。该种方法乍一看似乎很合理，但是这种方法存在随机性即每次的测量结果不 是唯一的，测量结果的复现性即再次测量时结果的再现性较差，很明显测量的结果存在很 大的异议。否则，就要将所测量的结果从测量软件里导出后再导入其他的三维软件里与所 被定位的产品数模进行繁琐的数据比较后，才能真正看出定位销的偏差值，很明显这样做 效率非常低，很不适合现场的车身焊接夹具定位元件的测量后再调整的工作需要。上述的两种三坐标测量方法都是需要提供夹具的设计数模才可以在测量软件里 实现测量后数据的比较，如果提供是车身的产品数模，上述方法也就无能为力了，唯一的 办法就是必须将测量的数据导入另外的三维软件中，和产品数模进行繁琐的数据比较计算 后，才可以得到被测物体的偏差值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法，该方法 简单实用、方便快捷。为实现上述目的，本发明提供的与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法包括 以下内容A、提供测量软件，将需要测量物体的产品数模或夹具的设计数模导入测量软件 里，该测量软件将测量数据和理论数据的实时比较，得到被测量物体的偏差值；B、建立工件坐标系，然后指定工作平面或将当前的工作平面设置为默认的一个工 作平面，在测量软件里，命令测量元素为圆柱，然后用关节臂测量机测量实际的定位销为圆 柱；C、在需要测量圆柱所在位置的数模附近任取三点构造一个平面，该平面在定位销 的销座上构造或在定位销所定位的钣金件数模孔的附近构造；D、再在测量软件的数模中找出对应夹具上的定位销或钣金件上的被定位孔的理 论坐标位置，将其作为所测定位销的理论坐标位置；E、将圆柱与构造的平面进行刺穿，构造出一个点，该刺穿的点是有矢量方向的，并 评价该点的空间位置坐标值，该点就是定位销的实际工作位置；F、将构造的点与夹具上的定位销或钣金件上的被定位孔的理论坐标位置进行数 据比较，就可以得出实际的偏差值；然后评价该圆柱与平面的角度，看其角度是否满足设计 的公差要求。因为夹具制造后的误差是肯定要通过测量来衡量判断的，接下来就要设法消除， 测量仪器使用一段时间后会出现位移，所以三坐标测量机必须定期校准。因此，寻求一种 适合焊装车身焊接夹具定位销的测量方法显得十分必要，本发明公开的技术方案就是解决 与基准面不垂直的定位销的一种测量方法，首先提供测量软件，并将相应的数模导入测量 软件里，该测量软件用于测量数据和理论数据的实时比较，得到被测量物体的偏差值；测量 时，用圆柱刺穿一个平面，由于圆柱是属于线性元素，在软件里默认的就是将圆柱的中心轴线去刺穿一个平面的，不管得到的是一个圆还是一椭圆，最终得到的还是圆或者椭圆的中 心坐标值，这和直接得到点的坐标值是一致的，评价其点的空间坐标位置，并评价圆柱与平 面的角度，看其是否在允许的公差范围内，这种构造点法的测量方法具有简单实用、方便快 捷的显著有点；尤其是对夹具使用者来讲，往往并没有夹具的设计数模，自己的产品设计数 模则是必备的，这对实际实用的夹具实施测量再与自己的产品设计数模相比，操作起来十 分便利。该方法无需将测量数据导出后再导入其它的三维软件，再人工进行繁琐数据比较 的工作。测量数据指的就是用测量设备对被测物体测量所显示出来的数值，在此可以理解 为就是关节臂测量机测量被测物体的实际测量获得的数据，该数据只反映了物体的实际状 态，与理论要素相差多少，判定合格与否，还是要测量软件的支持才可以或者需要其他的三 维软件的支持。“其它的三维软件”是指具有数据处理能力的图形操作软件，如在汽车行业 常用的CATIA、UG以及机械设计行业使用的PR0/E等，无需测量以外人员的参与，可直接由 测量软件计算出被测物体的偏差值，效率高，方便快捷，大大的减轻了劳动强度和操作的难 度。
图1是现有技术中测量两个截面圆的示意图；图2现有技术中测量点与点比较的情况示意图；图3是利用夹具设计时的数模的测量方法示意图；图4提供车身钣金件数模时的测量方法示意图。图1中的标记1、2、3是选择的点，4、5是测量第一、二截面圆，6是6是夹具上的基 准面；图2中的标记1是销座，2、3、4、5是选择的点，6是夹具上的基准面；图3、4中标记说明1、2、3是选择的点，4是需要测量的定位销，5是由点1、2、3构 造的平面所在位置，6是夹具上的基准面，7是车身钣金件，7a是车身钣金件上的定位孔。
具体实施例方式本发明公开的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，包括以下内容A、提供测量软件，将需要测量物体的产品数模或夹具的设计数模导入测量软件 里，该测量软件将测量数据和理论数据的实时比较，得到被测量物体的偏差值；B、建立工件坐标系，然后指定工作平面或将当前的工作平面设置为默认的一个工 作平面，在测量软件里，命令测量元素为圆柱，然后用关节臂测量机测量实际的定位销为圆 柱；C、在需要测量圆柱所在位置的数模附近任取三点构造一个平面，该平面在定位销 的销座上构造或在定位销所定位的钣金件数模孔的附近构造；D、再在测量软件的数模中找出对应夹具上的定位销或钣金件上的被定位孔的理 论坐标位置，将其作为所测定位销的理论坐标位置；E、将圆柱与构造的平面进行刺穿，构造出一个点，该刺穿的点是有矢量方向的，并 评价该点的空间位置坐标值，该点就是定位销的实际工作位置；F、将构造的点与夹具上的定位销或钣金件上的被定位孔的理论坐标位置进行数据比较，就可以得出实际的偏差值；然后评价该圆柱与平面的角度，看其角度是否满足设计 的公差要求。优选的方案是在步骤A中，导入测量软件是测量物体的产品数模。在B步骤中， 在测量软件里，如果工作平面没有被指定的话，则默认为Z正方向所在的平面为工作平面， 采用关节臂测量机手动测量一个空间元素——圆柱。以下结合图3、4具体详细说明。考虑到所有的被测元素都是空间的元素，只是有些时候，某些被测物体只需看其 空间的两个坐标值，这样测量一个二维元素就没有任何问题，但重要的是，一个与基准面不 垂直的定位销，空间的三个坐标位置都需要考虑，测量一个二维元素肯定就非常不合理。所 以，对于与基准面不垂直的定位销，测量一个空间元素——圆柱。圆属于二维元素，不是本 发明讨论的，而圆柱属于三维元素，在测量软件里，测量之前，只要命令测量元素是圆柱，然 后测量就可以了，然后在圆柱所在的位置构造一个平面，如果是夹具数模，在测量软件里， 靠近圆柱底部的销座位置处，任取三个点，如图3所示的点1，2，3位置，然后在测量软件里 用这三个点构造一个平面，再利用圆柱刺穿平面，构造一个点。刺穿是测量软件里构造点的 一种方法，其特征1必须是线性元素，特征2是曲面类的元素，必须是特征1去刺穿特征2， 得到一个点是矢量方向上的第一点，如果特征2是平面，用相交还是刺穿，只是一个习惯问 题了。圆柱刺穿一个平面，由于圆柱是属于线性元素，在软件里默认的就是将圆柱的中心轴 线去刺穿一个平面的，软件只是把中间的过程给省略了，不管得到的是一个圆还是一椭圆， 最终得到的还是圆或者椭圆的中心坐标值，这和直接得到点的坐标值是一致的，评价其点 的空间坐标位置，并评价圆柱与平面的角度，看其是否在允许的公差范围内，这种方法我们 就称之为构造点法。A、该种方法只需要测量软件的支持。如今的测量软件的功能越来越强大，可以实 现物体的形状和位置尺寸的评价和在线编程和仿真功能，所以软件支持的项目也很多，在 此不一一列举，但是，作为测量软件的最基本的功能就是要实现测量数据和理论数据的实 时比较，得到被测量物体的偏差值，这就是我们需要关注的。本发明提供的方法不需要增加 任何的设施。首先只需在测量软件中，将需要测量物体的数模即产品数模导入测量软件里， 在提供夹具的设计数模情况下，这种测量方法同样也可以使用。软件导入数模就只有两种 情况，如果同时导入产品数模和夹具的设计数模，也没有那个必要，在测量的时候，如果保 证夹具设计的数模是正确的，导入夹具数模也是可以的，但是，所有的零件的设计都是根据 产品数模设计的，为了避免将夹具设计的差错再延续下去，所以优选的方案是导入产品数 模来检测的，如果设计的夹具数模和产品数模在理论情况下达到无差错的装配，用产品数 模还是夹具数模，使用本发明方法测量是没有任何区别的。B、建立工件坐标系后(其建坐标系的方法在此不作详细说明)，然后将当前的工 作平面设置为默认的一个工作平面。在测量软件里，如果工作平面没有被指定的话，那么 就默认为Z正方向所在的平面为工作平面，其工作平面决定测量物体的矢量方向，具体情 况参照各测量软件的设置。采用关节臂测量机手动关节臂测量机测量一个空间元素——圆 柱，如图3、图4所示，其他测量机同样也可以借鉴使用。就是在测量软件里，命令测量元素 为圆柱，然后用关节臂测量机测量实际的定位销为圆柱。C、在需要测量的圆柱所在位置的数模附近任取三点，如图3、图4所示的点1、2、3构造一个平面，如果是夹具数模的话，该点就在销座的大圆处与圆柱体之间的区域位置，如 果是产品数模，就是靠近被定位孔的周围区域，但是不要太远，最好不要超过测球直径的距 离，一般6mm即可，这个平面看其提供的是夹具设计数模还是产品数模，若是夹具设计的数 模，该平面可以在定位销的销座上构造，如图3所示的点5位置；若是车身的产品数模即车 身的钣金件数模，该平面就可以在定位销所定位的钣金件数模孔的附近构造，如图4所示 的8位置，8的位置在图的下面有注释，8只是一个标记的作用，没有任何意义，该平面与圆 柱的轴线必然是成90°的夹角，如图3、图4所示。定位销与钣金件的定位孔在理论装配的 情况下肯定是成90°的夹角。D、再在测量软件的数模中找出定位销在钣金件上被定位孔的理论坐标位置，将其 作为所测定位销即圆柱的理论坐标位置。E、利用软件中构造点的功能，将圆柱与构造的平面进行刺穿，构造出一个点，其刺 穿的点是有矢量方向的，并评价该点的空间位置坐标值，该点就是定位销的实际工作位置， 即定位销与钣金件完全装配时的实际位置。F、将构造的点与被定位孔的理论坐标位置进行数据比较，就可以得出实际的偏差 值。然后评价该圆柱与平面的角度，看其角度是否满足设计的公差要求。根据夹具的实际 使用要求，该角度公差可以设置为士5°，这一步在测量软件里非常容易做到，如PC-DMIS、 CAM2_Measure、Powerlnspect、Metrology等软件，只要具有最基本的测量数据和理论数据 的实时比较功能，得到被测量物体偏差值的测量软件，本发明方法都可以使用。综上所述，该种测量方法与现有技术中的截面圆法和仅点模式法存在以下的不同 点第一，无需将测量的数据导出后再导入其他三维软件，然后再将测量数据和理论数据进 行繁琐的比较计算，才可以得到被测物体的偏差值的繁重工作。可以实时得到位置和角度 偏差值，及时实现对车身焊接夹具的调整。第二，除了三坐标测量人员，无需更多人员的参 与。第三，从最初导入的数模到最后的测量数据，所有的数据都是在测量软件里进行简单的 处理，非常容易得到被测物体的偏差值。第四，在保证夹具设计的数模准确无误的情况下， 提供的是夹具设计的数模还是产品数模，也没有任何局限性。第四，该方法简单易学，容易 理解，方便快捷。经实测实践证明，本发明方法即构造点法存在如下的优点第一，在不受任何条件 限制的情况下可以实现与基准面不垂直定位销的三坐标测量，根据解析几何的相关知识可 知，该种方法只需在测量软件里首先测量的一个圆柱体，再在提供产品数模上被定位孔的 附近构造一个平面，然后用圆柱去刺穿那个构造的平面得到一个点，再在被定位的孔上取 出理论坐标值即圆心的坐标值，构造点的坐标值与孔的理论坐标值比较得出偏差，其次再 评价所测量的圆柱与所构造平面的角度。此种方法的应用，在测量软件里就可以非常容易 的实现实际被测物体的测量值和理论值的比较，得到被测物体的位置和角度偏差值。第二， 在提供被测量物体的产品数模的情况下，可以有效的避免车身焊接夹具在设计时导致的错 误，有效的阻止错误再次延续。在不论是夹具的设计数模，还是车身的产品数模，都可以实 现无局限性的测量数据比较。可以有效的将人们从繁琐枯燥的测量数据比较计算的工作中 解脱出来，还无需测量以外人员的参与。在车间现场可以实时地测量并对被测量物体进行 调整，真正达到三坐标测量后实时调整的功用。第三，不受测量软件的限制，目前市场上的 具备基本测量的软件都适用。第四，作为汽车制造的主机厂，从最初所有物体的设计都是以
7车身的产品数模为依据，真正做到标准的统一。因此，利用产品数模来检测其它的任何被 测物体是非常有必要的，这样不仅可以检测夹具设计的准确性，还可以省去人工繁琐的数 据比较工作，从而减轻了劳动者的劳动强度，提高了测量的工作效率。第五，此种测量方法 经过了多次验证，还可以应用到其它与基准面不垂直的定位销或者定位孔等类似的被测物 体，也可以作为该类定位销测量结果是否准确的仲裁依据。
权利要求
一种与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，包括以下内容A、提供测量软件，将需要测量物体的产品数模或夹具的设计数模导入测量软件里，该测量软件将测量数据和理论数据的实时比较，得到被测量物体的偏差值；B、建立工件坐标系，然后指定工作平面或将当前的工作平面设置为默认的一个工作平面，在测量软件里，命令测量元素为圆柱，然后用关节臂测量机测量实际的定位销为圆柱；C、在需要测量圆柱所在位置的数模附近任取三点构造一个平面，该平面在定位销的销座上构造或在定位销所定位的钣金件数模孔的附近构造；D、再在测量软件的数模中找出对应夹具上的定位销或钣金件上的被定位孔的理论坐标位置，将其作为所测定位销的理论坐标位置；E、将圆柱与构造的平面进行刺穿，构造出一个点，该刺穿的点是有矢量方向的，并评价该点的空间位置坐标值，该点就是定位销的实际工作位置；F、将构造的点与夹具上的定位销或钣金件上的被定位孔的理论坐标位置进行数据比较，就可以得出实际的偏差值；然后评价该圆柱与平面的角度，判断其角度是否满足设计的公差要求。
2.根据权利要求1所述的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，其特征在于在 步骤A中，导入测量软件是测量物体的产品数模。
3.根据权利要求1所述的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，其特征在于B步 骤中，在测量软件里，如果工作平面没有被指定的话，则默认为Z正方向所在的平面为工作 平面，采用关节臂测量机手动测量一个空间元素——圆柱。
4.根据权利要求1或2所述的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，其特征在于 再在测量软件的数模中找出定位销与钣金件上的相互配合定位孔的理论坐标位置，将其作 为所测定位销的理论坐标位置。
5.根据权利要求1所述的与基准面不垂直定位销的三坐标测量方法，其特征在于所 述的角度公差设置为士5°。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种与基准面不垂直的定位销的三坐标测量方法，该方法简单实用、方便快捷。该测量方法包括以下内容首先提供测量软件，并将相应的数模导入测量软件里，该测量软件用于测量数据和理论数据的实时比较，得到被测量物体的偏差值；测量时，用圆柱刺穿一个平面，由于圆柱是属于线性元素，在软件里默认的就是将圆柱的中心轴线去刺穿一个平面的，不管得到的是一个圆还是一椭圆，最终得到的还是圆或者椭圆的中心坐标值，这和直接得到点的坐标值是一致的，评价其点的空间坐标位置，并评价圆柱与平面的角度，看其是否在允许的公差范围内，这种构造点法的测量方法具有简单实用、方便快捷的显著优点。
文档编号G01B21/04GK101907455SQ20101004656
公开日2010年12月8日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者张无忧 申请人:奇瑞汽车股份有限公司