一種量程擴展器及其測量方法、測量系統與流程
2024-03-25 04:22:05
本發明涉及測量技術領域，具體涉及一種量程擴展器及其測量方法、測量系統。
背景技術：
在一些產品(如汽車)的研發試製過程中，通常都需要對產品及其生產線進行現場測量(尺寸或坐標的測量)和驗證。一般選用常用的可攜式坐標測量機和量程大的雷射跟蹤儀這兩種測量設備完成現場測量，前者量程偏小，因而測量範圍小，但因其購買投入少、維護成本低而被廣泛採用，後者量程大，但因其購買昂貴、維護成本高而使一般企業望而卻步，較少採用。為了解決可攜式坐標測量機量程不足的問題，通常採用「分布局部測量法」，即將整個需要測量的範圍分解成若干個局部，再用可攜式坐標測量機分步、分區域進行測量，但測量過程需要多次進行拼接，導致累積誤差大、工作效率低。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種用於擴展坐標測量機量程的量程擴展器。還提供一種該量程擴展器的測量方法。另外，還提供一種使用該量程擴展器的測量系統。
為了實現上述目的，本發明提供了一種量程擴展器，其包括擴展支架、第一標準球組和第二標準球組，所述第一標準球組和第二標準球組分別設於所述擴展支架的兩側，所述第一標準球組和第二標準球組的標準球數量相同且不少於三個。
上述的量程擴展器中，所述第一標準球組和所述第二標準球組分別設於所述擴展支架的兩端端部，或者，所述第一標準球組和所述第二標準球組分別設於所述擴展支架的兩端端部及端部與中部之間的部位。
上述的量程擴展器中，所述第一標準球組和第二標準球組中的任意兩個標準球之間設有間距。
上述的量程擴展器中，所述標準球的半徑均相同。
上述的量程擴展器中，所述標準球通過焊接或粘膠固定在所述擴展支架上。
本發明還提供一種量程擴展器的測量方法，其包括如下步驟：
步驟一，確定上述任一項內容所述的量程擴展器的第一標準球組中的標準球與第二標準球組中的標準球之間一一對應的位置關係和位置關係函數；
步驟二，將坐標測量機置於第一測量位置，測量出第一標準球組的各個標準球在坐標測量機於第一測量位置處坐標系下的中心坐標；根據所述位置關係函數計算出第二標準球組的各個標準球在坐標測量機於第一測量位置處坐標系下的理論中心坐標；
步驟三，將坐標測量機移至第二測量位置，測量出第二標準球組的各個標準球在坐標測量機於第二測量位置處坐標系下的實際中心坐標；
步驟四，將第二標準球組的各個標準球的實際中心坐標與理論中心坐標逐一對應並擬合統一，從而將坐標測量機於第二測量位置處坐標系擬合統一到坐標測量機於第一測量位置處坐標系，實現坐標測量機的量程擴展。
上述的量程擴展器的測量方法中，當每組標準球組中的標準球數量大於三個時，測量時選取每組標準球組中的三個或者少於總數的標準球進行坐標測量。
上述的量程擴展器的測量方法中，所述位置關係函數為一次函數。
上述的量程擴展器的測量方法中，所述位置關係函數為極坐標函數。
本發明還提供一種測量系統，其包括坐標測量機以及上述任一項內容所述的量程擴展器。
實施本發明的量程擴展器及其測量方法、測量系統，相對於現有技術具有如下的優點：
1、通過量程擴展器上的兩組標準球組之間相互固定的位置關係，可將坐標測量機在不同測量位置處的坐標系擬合統一在同一個坐標系下，使得坐標測量機的測量範圍向任意方向延伸，從而達到擴展坐標測量機量程的目的，現場大範圍測量時，只需選用可攜式坐標測量機並輔以本量程擴展器即可，其結構簡單、攜帶方便且易操作，不僅能大幅提高測量效率和測量精度，還能大大節省測量成本。
2、實施本發明的量程擴展器的測量方法及其測量系統，可直接將坐標測量機在不同測量位置處的坐標系擬合統一到同一坐標系，這樣坐標測量機在不同測量位置測得的數據便可直接統一在同一個坐標系下，實現坐標測量機的量程擴展，而不需要在測量的過程中多次進行坐標拼接，操作方便，能大幅提高測量效率和測量精度，節省測量成本。
附圖說明
圖1是本發明的量程擴展器的結構示意圖；
圖2是本發明的第一標準球組與第二標準球組中的各個標準球的一一對應關係示意圖；
圖3是實施本發明的量程擴展器的使用方法的示意圖；
其中，1、擴展支架；2、第一標準球組；3、第二標準球組；4、坐標測量機；5、第一測量位置；6、第二測量位置。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
如圖1至圖3所示，本發明的優選實施例，一種量程擴展器，其包括擴展支架1、第一標準球組2和第二標準球組3，第一標準球組2和第二標準球組3分別設於擴展支架1的兩側，第一標準球組2和第二標準球組3的標準球數量相同且不少於三個。兩組標準球組中的各個標準球之間一一對應，並具有固定的位置關係，這樣便可利用兩組標準球組之間的位置關係，將坐標測量機4在不同測量位置處的坐標系擬合統一在同一個坐標系下，使得坐標測量機4的測量範圍可以向任意方向延伸，從而達到擴展坐標測量機量程的目的，現場大範圍測量時，只需選用可攜式坐標測量機並輔以本量程擴展器即可，其結構簡單、攜帶方便且易操作，不僅能大幅提高測量效率和測量精度，還能大大節省測量成本。
本實施例的第一標準球組2和第二標準球組3分別設於擴展支架1的兩端端部。根據現場測量的實際需要，選取合適大小的量程擴展器。
當然，本實施例的第一標準球組2和第二標準球組3也可分別設於擴展支架1的兩端端部及端部與中部之間的部位。這樣的設計，即使選用的量程擴展器的擴展支架1的長度較長時，也能實現坐標測量機4的小範圍量程擴展，增強了量程擴展器擴展量程的適應性。
本實施例的第一標準球組2和第二標準球組3中的任意兩個標準球之間設有間距，這樣可使同一標準球組中的標準球之間的相對位置更具任意性，從而提高坐標系擬合統一的精度。
本實施例的標準球的半徑均相同，從而在裝配該量程擴展器時能更為容易地保證兩組標準球組中的各個標準球之間一一對應的位置關係。
本實施例的標準球通過焊接或粘膠固定在擴展支架1上。
如圖2和圖3所示，本發明還提供一種上述量程擴展器的測量方法，其包括如下步驟：
步驟一，確定上述量程擴展器的第一標準球組2中的標準球與第二標準球組3中的標準球之間一一對應的位置關係和位置關係函數；
步驟二，將坐標測量機4置於第一測量位置5，測量出第一標準球組2的各個標準球在坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系下的中心坐標；根據位置關係函數計算出第二標準球組3的各個標準球在坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系下的理論中心坐標；
步驟三，將坐標測量機4移至第二測量位置6，測量出第二標準球組3的各個標準球在坐標測量機4於第二測量位置6處坐標系下的實際中心坐標；
步驟四，將第二標準球組3的各個標準球的實際中心坐標與理論中心坐標逐一對應並擬合統一，從而將坐標測量機4於第二測量位置6處坐標系擬合統一到坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系，實現坐標測量機4的量程擴展。實際上就是確定坐標測量機4於第二測量位置6處坐標系下的坐標與坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系下的坐標之間一一映射的關係，使坐標測量機4於第二測量位置6處測得的任何坐標都可以直接對應到坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系中的坐標。第二標準球組3的各個標準球的實際中心坐標可通過坐標測量機4的測量軟體與理論中心坐標實現擬合統一。
本實施例中，當每組標準球組中的標準球數量大於三個時，測量時選取每組標準球組中的三個或者少於總數的標準球進行坐標測量。如此既可以實現坐標測量機4在不同測量位置處坐標系的擬合統一，又可以減少測量時間和坐標系擬合統一時間，提高測量效率。
實施本實施例的量程擴展器的測量方法，可直接將坐標測量機4在不同測量位置處的坐標系擬合統一到同一坐標系，這樣坐標測量機4在不同測量位置測得的數據便可直接統一在同一個坐標系下，實現坐標測量機4的量程擴展，而不需要在測量的過程中多次進行坐標拼接，操作方便，能大幅提高測量效率和測量精度，節省測量成本，另外，坐標測量機4可以在任意測量位置、任意角度測量出標準球的中心坐標以及進行現場測量的工作，也就是說，使用該量程擴展器並不會限定坐標測量機4的測量位置，保證了坐標測量機4測量位置的靈活性。
本實施例的位置關係函數為一次函數，如此可使第一標準球組2與第二標準球組3中一一對應的標準球之間的連線相互平行，以便於快速精確地計算出第二標準球組3的各個標準球在坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系下的理論中心坐標，減小計算誤差，提高坐標系擬合統一的精度。
當然，本實施例的位置關係函數也可以為極坐標函數F(r,θ)，由極坐標函數F(r,θ)計算出第二標準球組3的各個標準球在坐標測量機4於第一測量位置5處坐標系下的理論中心坐標。
本實施例的坐標測量機4為可攜式坐標測量機，這是因為可攜式坐標測量機的結構小巧，購入成本和維修成本相對較低，攜帶方便，而量程擴展器可使可攜式坐標測量機的測量範圍向任意方向延伸，以完全滿足現場測量的要求。
此外，本發明還提供一種測量系統，其包括坐標測量機4以及上述量程擴展器，其中，坐標測量機4為可攜式坐標測量機。
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。