一种基于曲面基准建立工件测量坐标系的方法与流程

本发明涉及三坐标测量机检测技术领域，特别是关于以曲面为基准的建立工件测量坐标系的方法。

背景技术：

在三坐标测量机检测过程中，建立工件的测量坐标系，是正确测量工件的首要前提。如何准确、快速地进行工件坐标系的建立，是三坐标测量机检测的关键步骤。

过去传统的建立坐标系的方法是基于给定基准为面、线、点等简单元素的基础上的，是直接的3-2-1建立坐标系方法，具体方法如下：

建立3-2-1坐标系：

1.在标准垫块上测量四点，构造一平面A，将A平面定义为X-Y平面，建立+Z方向。

2.在基准边B上测量两点，构造一直线B，将直线B定义为+Y方向。

3.在基准C上测量一点C，定义基准A为Z＝0，基准B为X＝0，基准C为Y＝0，将坐标系定义为1#坐标系。

这种建立坐标系的方法比较直接，适合过去传统的基准为面、线、点的工件。随着CAD技术在航空制造业的广泛应用，结合三维测量工具的发展，国际先进企业飞机零件的基准设计也不同以往，以曲面替代了面线点元素。这种设计给触发式测量的三坐标测量机带来了全新的挑战。

技术实现要素：

本发明提供了一种以曲面为基准，建立工件测量坐标系的方法。其中包括基准元素的精确复现。

1、一种基于曲面基准建立工件测量坐标系的方法，已知曲面基准上的六个基准目标点在工件测量坐标系下的理论坐标值，其特征在于：1)在曲面基准上选择与六个基准目标点位置相近的六个测量点进行测量，其中前三个测量点的法矢方向趋于平行，第四、第五个测量点的法矢方向趋于垂直前三个测量点的法矢方向；第六个测量点的法矢方向既要垂直于前三个测量点的法矢方向又要垂直于第四、第五个测量点的法矢方向；2)根据前三个测量点拟合的平面，确定测量坐标系的初始基准平面，建立测量坐标系的初始第一轴，并确定测量坐标系第一轴的零点；3)将第四、第五个测量点的拟合的直线，建立第二轴，且确定此直线为第三轴的零点。4)根据第六个测量点，确定测量坐标系第二轴的零点，建立初始测量坐标系；5)在初始测量坐标系下，依据六个基准目标点的理论坐标值进行自动测量，寻找更加接近六个基准目标点的准确位置，得到第二次测量的六个测量点坐标值；6)将第二次测量的六个测量点坐标值与六个基准目标点理论坐标值进行比较，判断其偏差值是否满足公差要求；7)若不满足公差要求，返回第2)、3)、4)、5)、6)步骤，根据更加接近六个基准目标点的六个测量点，再次建立测量坐标系，再次依据六个基准目标点的理论坐标值进行自动测量，进一步寻找六个基准目标点的准确位置，再次得到测量的六个测量点坐标值，再次将测量的六个测量点坐标值与六个基准目标点理论坐标值进行比较，判断其偏差值是否满足公差要求，直至满足公差要求；8)当六个测量点坐标值与六个基准目标点理论坐标值的偏差达到公差要求时，就认为当前坐标系为工件的测量坐标系。

本发明的优点在于：能够实现以给定的曲面基准目标点建立测量坐标系，解决了在无光学扫描设备条件下对具有曲面基准要求的产品测量问题，并且由于编制了自动找正模块，缩短建立测量坐标系的时间，提高了测量效率。

以下结合实施例附图对本申请作详细说明。

附图说明

图1是检测流程示意图

图2是被测量工件基准目标点位置和测量坐标系示意图

图3是基准目标点的旗标标注

具体实施例

本实施例以一种工件在三坐标测量机建立测量坐标系的步骤，对发明方案进一步说明。

实施例波音747-8机型后部肋零件的草图,A，B，C是三个基准曲面，按照设计要求，要求以曲面A、B、C为基准，测量零件面轮廓度。在测量之前，必须建立正确的测量坐标系。已知曲面A上的A1，A2，A3点；曲面B上的B1，B2点；曲面C上的C1点，是给定的基准目标点以及这六个基准目标点在测量坐标系下的理论坐标值。坐标值分别为A1(3.9969，2.8613，0)，A2(15.2039，3.9555，0)，A3(15.4968，1.7341，0)，B1(3.7657，0，-0.1892)，B2(15.7499，0，-0.1875)，C1(0，2.7178，-0.1980)。

坐标系的建立的步骤：

首先，分别在三个A基准目标点A1﹑A2和A3附近测量三个点。

第二，将这三个测量点拟合成一个平面，并将该面建立+Z轴，且确定此平面为Z轴的零点；若A1、A2、A3不在同一个平面，可利用软件偏置功能，拟合出Z＝0的平面，建立第一轴(+Z轴)。

第三，分别在两个基准目标点B1和B2附近测量两个点拟合一直线，建立第二轴(+X轴)，且确定此直线为第三轴(Y轴)的零点。

第四，在基准目标点C1附近测量一个点，确定此点为第二轴(X轴)的零点，此坐标系为测量初始坐标系。

第五，在1#坐标系下，依据六个基准目标点的理论坐标值重新自动测量基准目标点A1、A2、A3、B1、B2和C1点，得到第二次测量的六个测量点坐标值。

第六，将第二次测量的六个测量点坐标值与六个基准目标点理论坐标值进行比较，判断其偏差值是否满足公差要求。

第七，若不满足公差要求，返回第二、三、四、五、六步骤，再次建立测量坐标系，进一步寻找六个基准目标点的真实准确位置，再次得到测量的六个测量点坐标值，将测量的六个测量点坐标值与六个基准目标点理论坐标值进行比较，判断其是否满足公差要求，循环第二、三、四、五、六步骤，直至满足公差要求。

第八，当六个测量点坐标值与六个基准目标点理论坐标值满足公差要求时，就认为当前坐标系为工件的测量坐标系。

利用测量软件PC-DMIS语言，编制出自动找正模块，将以上过程实现自动化模式。使用这个自动找正模块，操作人员仅需在工件的六个基准目标点附近手动测量六个点，其余的步骤，都由自动找正模块自动化测量就可以完成测量坐标系的建立。

基准目标点公差要求确定：

测量结果的准确性基于建立精准的坐标系，建立坐标系的精准程度取决于基准目标点的精度。用基准目标点建立的坐标系，理论上基准目标点相对于理论坐标值的误差应为零，但实际测量因受机床精度影响，一般认为坐标系的理想状态是基准目标点精度为±.0005inch。

对于基准目标点有明确精度要求的，基准目标点调整精度以规定为准。例如波音MAX项目零件，对目标点精度皆有如下的描述：

旗标附注：基准目标点尺寸。图纸公差不适用，见BSS7015。

按照BSS7015文件，4.3(2)中指明：尺寸可用以旗标标明不适用的图纸。如果没有规定可替换的公差，应适用±.0050英寸的公差。

如图3所示，MAX零件的基准目标点尺寸，都用旗标标注，因此按照BSS7015文件，此类基准目标点的精度确定为±.0050inch。

由于这一过程需要反复测量目标基准点和反复建立坐标系，测量效率完全依赖于操作人员的的经验和技术，因此，利用测量软件将这一过程编制为标准化程序，创建自动建标模块，使之变得简单且易于操作。

目标基准点的输出：

为体现建立测量坐标系的准确性，完成测量坐标系的建立之后，应按下列格式输出6个基准目标点，再现测量环境：

DIM LOC1＝LOCATION OF POINT PNTA1

END OF DIMENSION LOC1

DIM LOC2＝LOCATION OF POINT PNTA2

END OF DIMENSION LOC2

DIM LOC3＝LOCATION OF POINT PNTA3

END OF DIMENSION LOC3

DIM LOC4＝LOCATION OF POINT PNTB1

END OF DIMENSION LOC4

DIM LOC5＝LOCATION OF POINT PNTB2

END OF DIMENSION LOC5

DIM LOC6＝LOCATION OF POINT PNTC1

至此，就完成了利用曲面基准目标点建立测量坐标系的过程，并且以输出六个基准目标点坐标值的方式，体现了所建立测量坐标系的准确性。

综上所述，介绍了一种以曲面为基准的三坐标测量坐标系的建立方法，该方法以接触式测量替代了光学扫描测量，解决了在无光学扫描设备条件下实现对具有曲面基准要求的产品测量问题。