一种三点式结构装配精度实时监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三点式结构装配精度实时监测装置及方法，其中装置包括三台便携式坐标测量机，与三套便携式坐标测量机数据通信的上位机，所述的上位机内运行有数据分析模块；所述三套便携式坐标测量机获取公共基准特征的坐标、环境中基准特征的位置信息以及装配件基准特征的位置信息并输出；所述数据分析模块接收三套便携式坐标测量机传送的数据信息计算局部坐标系与全局坐标系的转换关系从而获得装配件的装配精度；方法中采用三个便携式坐标测量机协同测量，可实时反映装配过程中装配件的位置信息和装配精度，便于装配件的位置调整，缩短装配时间，另外便携式坐标测量机坐标测量机具有体积小，安装灵活，使用方便和精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种三点式结构装配精度实时监测装置及方法
本专利技术涉及大型结构试验装配精度检测领域，尤其涉及一种三点式结构装配精度实时监测装置及方法。
技术介绍
地面考核逐渐接近承载极限且更为关注大型试验的量化结果，因此对试验系统的装配、测量的精度要求增高；针对不同环境下的装配要求与基准存在差异，试验件装配后部分基准不能被测量的情况，因此需要更为灵活和适应性强的测量方法；大型结构试验台架、工装、试验件、加载装置和传感器等相互间的装配精度对试验结果影响较大，其中试验件装配过程中的角度很难精确地定量调整，改进装配技术及方法，对获取精准可信的实验数据具有重要的意义。传统方式借助于工装精度，配合传统的测量工具，如塞尺、游标卡尺、量角器等进行校准定位，其装配精度有限且依赖于技术人员个体技术水平，难以确保大型台架、工装和试验件相对位置的准确性，更缺少定量化的监控手段，装配精度难以定量调控。近年来，光学定位测量技术逐步发展，出现采用激光跟踪设备对装配件定位的方法，但该方法仍具有许多的局限性，如激光跟踪设备价格昂贵，为实现装配件的定位需要多台激光跟踪设备，这极大的增加了装配的成本；激光跟踪设备与监控点之间不能有障碍物，因此对装配位置及空间大小都有一定的要求，且随着测量距离的增大，其精度会降低；此外环境的电磁信号和光线都会对激光跟踪设备产生一定的影响，这些缺陷使得该方法不能得到广泛应用。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种三点式结构装配精度实时监测装置，包括：三台便携式坐标测量机，与三套便携式坐标测量机数据通信的上位机，所述的上位机内运行有数据分析模块；所述三套便携式坐标测量机获取公共基准特征的坐标、环境中基准特征的位置信息以及装配件基准特征的位置信息并输出；所述数据分析模块接收三套便携式坐标测量机传送的数据信息计算局部坐标系与全局坐标系的转换关系从而获得装配件的装配精度；其中每台便携式坐标测量机包括基座，所述基座内设置有用于定位的高精度锥形孔，所述基座上固定连接有开关式磁力座，所述开关式磁力座上固定连接有底座，所述底座上安装有一台便携式坐标测量机，所述便携式坐标测量机的端部固定连接有球形测头，该便携式坐标测量机还包括定位标准座，所述定位标准座与装配件相连接，其中在基座的左右两侧分别设置有三个高精度锥形孔。一种三点式结构装配精度实时监测装置的监测方法，包括如下步骤：建立三台便携式坐标测量机移动前后位置的转换关系，在装配件上安装定位标准座，其中每个定位标准座至少有一台便携式坐标测量机与之对应；获取公共基准特征的坐标：设三台便携式坐标测量机编号为A、B、C，建立两组转换关系从而控制三台便携式坐标测量机的坐标系统一，则需建立AB和BC的转换关系，需分别用便携式坐标测量机A和便携式坐标测量机B测量公共基准特征AB1、AB2、…、ABn(n≥3)得到基准特征在便携式坐标测量机A的局部坐标系下的坐标AB1-1、AB2-1、…、ABn-1和在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标AB1-2、AB2-2、…、ABn-2；同理得到便携式坐标测量机B和便携式坐标测量机C的公共基准特征BC1、BC2、…、BCn在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标BC1-1、BC2-1、…、BCn-1和在便携式坐标测量机C的局部坐标系下的坐标BC1-2、BC2-2、…、BCn-2；计算三台便携式坐标测量机的坐标系转换关系：根据三台便携式坐标测量机测得的两组公共基准特征的坐标，计算两两便携式坐标测量机的局部坐标系之间的转换关系；由坐标AB1-1、AB2-1、…、ABn-1和坐标AB1-2、AB2-2、…、ABn-2计算便携式坐标测量机A的局部坐标系到便携式坐标测量机B的局部坐标系的位移矩阵和旋转矩阵，得到转换关系1；由坐标BC1-1、BC2-1、…、BCn-1和坐标BC1-2、BC2-2、…、BCn-2计算便携式坐标测量机C的局部坐标系到便携式坐标测量机B的局部坐标系的位移矩阵和旋转矩阵、得到转换关系2；获取环境中基准特征的位置信息：读取选定环境的基准特征的理论位置，使用任意的便携式坐标测量机测量各基准特征，通过获取的转换关系获得基准特征在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标b1-1、b2-1、…、bn-1(n≥3)计算局部坐标系与全局坐标系的转换关系以环境坐标系为全局坐标系，已知基准特征在全局坐标系中的坐标为b1-0、b2-0、…、bn-0，结合便携式坐标测量机B的局部坐标系下测得的坐标b1-1、b2-1、…、bn-1计算便携式坐标测量机B的局部坐标系到全局坐标系的位移矩阵和旋转矩阵得到转换关系3，通过转换关系1、转换关系2和转换关系3可将三台便携式坐标测量机测得的坐标转换成全局坐标系下的坐标；获得装配件基准特征的位置信息，通过坐标系转换关系获得基准特征在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标m1-1、m2-1、…、mn-1(n≥3)；计算便携式坐标测量机坐标与装配件坐标的转换关系4；计算理想位置装配件坐标与全局坐标系坐标的转换关系5；获取定位标准座位置信息：三台便携式坐标测量机分别测量对应的定位标准座、获取定位标准座在各便携式坐标测量机局部坐标系下的坐标n1、n2、n3，通过对应的转换关系转换关系1和转换关系2获得各定位标准座在便携式坐标测量机B局部坐标系下的坐标n1-1、n2-1、n3-1，再通过转换关系4获得各定位标准座在装配件局部坐标系下的坐标n1-2、n2-2、n3-2，根据转换关系5获得各定位标准座在全局坐标系下的理论坐标n1-0、n2-0、n3-0；各便携式坐标测量机B局部坐标系下的坐标n1-1、n2-1、n3-1经转换关系3获得定位标准座在全局坐标系下的实际坐标n1-3、n2-3、n3-3；计算装配件的装配精度：根据定位标准座在全局坐标系下的理论坐标n1-0、n2-0、n3-0和实际坐标n1-3、n2-3、n3-3，用最小二乘法拟合出的实际位置，计算装配件在全局坐标系下的实际位置相对于理论位置的偏差，即在全局坐标系下X轴、Y轴、Z轴方向的位移偏差和绕三个坐标轴的角度偏差，从而获得装配精度；根据试验要求的装配精度判断此刻装配精度是否满足要求，如精度满足要求，则装配结束；如精度不满足要求，则依据调控向量对装配件进行调控。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种三点式结构装配精度实时监测装置及方法，方法中采用三便携式坐标测量机协同测量，可实时反映装配过程中装配件的位置信息和装配精度，便于装配件的位置调整，缩短装配时间，另外便携式坐标测量机坐标测量机具有体积小，安装灵活，使用方便和精度高的特点，使用其确定基准特征的位置，因此该方法针对于不同的环境均具有良好的适应性，能定量监控大型试验系统级装配精度，在调整装配件位置过程中可实现对装配件位置的实时跟踪测量，计算装配误差，并给出新的装配调控方案，能有效降低系统间装配误差和测点位置误差所带来的测试精度损失，能够提高装配效率和精度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三点式结构装配精度实时监测装置，其特征在于包括：三台便携式坐标测量机，与三套便携式坐标测量机数据通信的上位机，所述的上位机内运行有数据分析模块；/n所述三套便携式坐标测量机获取公共基准特征的坐标、环境中基准特征的位置信息以及装配件基准特征的位置信息并输出；/n所述数据分析模块接收三套便携式坐标测量机传送的数据信息计算局部坐标系与全局坐标系的转换关系从而获得装配件的装配精度；/n其中每台便携式坐标测量机包括基座(2)，所述基座(2)内设置有用于定位的高精度锥形孔(3-1)，所述基座(2)上固定连接有开关式磁力座(4-1)，所述开关式磁力座(4-1)上固定连接有底座(5)，所述底座(5)上安装有一台便携式坐标测量机(7)，所述便携式坐标测量机(7)的端部固定连接有球形测头(8)，该便携式坐标测量机还包括定位标准座(9-10)，所述定位标准座(9-10)与装配件相连接，其中在基座(2)的左右两侧分别设置有三个高精度锥形孔(3-1)。/n

【技术特征摘要】
1.一种三点式结构装配精度实时监测装置，其特征在于包括：三台便携式坐标测量机，与三套便携式坐标测量机数据通信的上位机，所述的上位机内运行有数据分析模块；
所述三套便携式坐标测量机获取公共基准特征的坐标、环境中基准特征的位置信息以及装配件基准特征的位置信息并输出；
所述数据分析模块接收三套便携式坐标测量机传送的数据信息计算局部坐标系与全局坐标系的转换关系从而获得装配件的装配精度；
其中每台便携式坐标测量机包括基座(2)，所述基座(2)内设置有用于定位的高精度锥形孔(3-1)，所述基座(2)上固定连接有开关式磁力座(4-1)，所述开关式磁力座(4-1)上固定连接有底座(5)，所述底座(5)上安装有一台便携式坐标测量机(7)，所述便携式坐标测量机(7)的端部固定连接有球形测头(8)，该便携式坐标测量机还包括定位标准座(9-10)，所述定位标准座(9-10)与装配件相连接，其中在基座(2)的左右两侧分别设置有三个高精度锥形孔(3-1)。


2.一种如权利要求1所述的装置的监测方法，其特征在于包括：
建立三台便携式坐标测量机(7)移动前后位置的转换关系，在装配件上安装定位标准座(9-10)，其中每个定位标准座(9-10)至少有一台便携式坐标测量机(7)与之对应；
获取公共基准特征的坐标：设三台便携式坐标测量机编号为A、B、C，建立两组转换关系从而控制三台便携式坐标测量机(7)的坐标系统一，则需建立AB和BC的转换关系，需分别用便携式坐标测量机A和便携式坐标测量机B测量公共基准特征AB1、AB2、…、ABn(n≥3)得到基准特征在便携式坐标测量机A的局部坐标系下的坐标AB1-1、AB2-1、…、ABn-1和在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标AB1-2、AB2-2、…、ABn-2；同理得到便携式坐标测量机B和便携式坐标测量机C的公共基准特征BC1、BC2、…、BCn在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标BC1-1、BC2-1、…、BCn-1和在便携式坐标测量机C的局部坐标系下的坐标BC1-2、BC2-2、…、BCn-2；
计算三台便携式坐标测量机的坐标系转换关系：根据三台便携式坐标测量机测得的两组公共基准特征的坐标，计算两两便携式坐标测量机的局部坐标系之间的转换关系；由坐标AB1-1、AB2-1、…、ABn-1和坐标AB1-2、AB2-2、…、ABn-2计算便携式坐标测量机A的局部坐标系到便携式坐标测量机B的局部坐标系的位移矩阵和旋转矩阵，得到转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜凯繁，王博，毕祥军，周才华，赵庚炎，张庭南，宋志博，马强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21