[发明专利]一种三点式结构装配精度实时监测装置及方法

权利要求书

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)；

一种三点式结构装配精度实时监测装置的监测方法，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、…、AB_n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AB_1-1、AB_2-1、…、AB_n-1和在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标AB_1-2、AB_2-2、…、AB_n-2，其中n≥3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、…、BC_n在便携式坐标测量机B的局部坐标系下的坐标BC_1-1、BC_2-1、…、BC_n-1和在便携式坐标测量机C的局部坐标系下的坐标BC_1-2、BC_2-2、…、BC_n-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AB_1-1、AB_2-1、…、AB_n-1和坐标AB_1-2、AB_2-2、…、AB_n-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BC_1-1、BC_2-1、…、BC_n-1和坐标BC_1-2、BC_2-2、…、BC_n-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b_1-1、b_2-1、…、b_n-1，其中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b_1-0、b_2-0、…、b_n-0，结合便携式坐标测量机B的局部坐标系下测得的坐标b_1-1、b_2-1、…、b_n-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m_1-1、m_2-1、…、m_n-1，其中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n_1-1、n_2-1、n_3-1，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n_1-2、n_2-2、n_3-2，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n_1-0、n_2-0、n_3-0；各便携式坐标测量机B局部坐标系下的坐标n_1-1、n_2-1、n_3-1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n_1-3、n_2-3、n_3-3；

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n_1-0、n_2-0、n_3-0和实际坐标n_1-3、n_2-3、n_3-3，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。