[發(fā)明專利]一種大型薄壁構(gòu)件壁厚在位測量系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710411139.9
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107270820B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉波;劉曉;習(xí)俊通;吳卓琦;杜輝;郭根;侯春杰;南博華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);上海航天設(shè)備制造總廠
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

本發(fā)明公布一種大型薄壁構(gòu)件壁厚在位測量系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)包括：數(shù)控機(jī)床、靠模夾具、測頭支架、雙目結(jié)構(gòu)光測量設(shè)備、工業(yè)計(jì)算機(jī)及高速通信單元；所述方法基于雙目結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)，根據(jù)薄壁構(gòu)件加工工藝過程中對構(gòu)件整體三維形貌及壁厚分布在位檢測的需求，基于結(jié)構(gòu)光精密測量技術(shù)獲取點(diǎn)云信息，通過選定測量基準(zhǔn)面，之后逐步作差的方法獲取對應(yīng)位置的壁厚，最后將多部位測得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與構(gòu)件的CAD模型進(jìn)行模型比對和數(shù)據(jù)拼合，實(shí)現(xiàn)大型薄壁構(gòu)件在位檢測獲取各部位準(zhǔn)確的壁厚數(shù)據(jù)。本發(fā)明在非接觸條件下實(shí)現(xiàn)對大型薄壁構(gòu)件的精密測量，不僅可以為加工質(zhì)量評價(jià)提供形貌數(shù)據(jù)，也可以用于指導(dǎo)加工工藝過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大型薄壁構(gòu)件壁厚的在位光學(xué)測量系統(tǒng)和方法，特別是一種將雙目光柵投影測量和數(shù)控機(jī)床集成的大型薄壁構(gòu)件壁厚的在位測量系統(tǒng)和方法，屬于機(jī)械工程和光學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在汽車、航空、航天和船舶制造等國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域中，存在大量的大型薄壁構(gòu)件，如運(yùn)載火箭推進(jìn)劑貯箱、空間站艙體、大型飛機(jī)機(jī)翼蒙皮、船舶螺旋槳葉片以及汽車車身主模型檢具等。作為各系統(tǒng)的重要組成部分，大型薄壁構(gòu)件的加工精度直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體力學(xué)性能，其加工效率也與產(chǎn)品的研制過程息息相關(guān)。如汽車車身主模型檢具的成形質(zhì)量影響裝配精度，飛機(jī)蒙皮和船舶曲板的成形質(zhì)量對其流體力學(xué)性能影響顯著，火箭燃料貯箱壁板和瓜瓣的成形質(zhì)量則最終會影響火箭飛行的安全性。這些大型薄壁構(gòu)件的加工過程中，需要及時(shí)獲取零件的準(zhǔn)確幾何描述，調(diào)整加工策略，從而保證加工質(zhì)量。

傳統(tǒng)方法采用接觸式測量，如三坐標(biāo)測量機(jī)等，這種方式可以獲得較為精確的面型數(shù)據(jù)，但缺點(diǎn)是測量速度慢，且因其接觸式測量原理會因被測對象受力而改變其形貌，故不適用于薄壁結(jié)構(gòu)測量。另外，這種測量設(shè)備也很難設(shè)計(jì)為在位測量的工作方式。在現(xiàn)實(shí)的薄壁結(jié)構(gòu)測量中，有利用手持式的超聲波測量方法等，測量過程需要輔助材料，并且測量的點(diǎn)的數(shù)量不足，存在數(shù)據(jù)集不完備的數(shù)據(jù)丟失問題，不能在位自動高效高精度的測量，大大降低了生產(chǎn)效率和加工精度。

近年來，隨著機(jī)器視覺和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以光學(xué)測量為代表的非接觸式測量。其中：

近景攝影測量在大尺寸面型測量中應(yīng)用廣泛，其具有便攜性好、在位測量和點(diǎn)批量測量的優(yōu)點(diǎn)，但測量前需要在被測對象表面粘貼大量的標(biāo)識點(diǎn)，且準(zhǔn)確度一般；

手持式三維激光掃描儀掃描快速、重量輕、效率高、成本低，在大尺度面型測量中應(yīng)用廣泛，但是其測量精度較低，一般需要在被測對象表面粘貼標(biāo)識點(diǎn)，且對被測對象表面反光性要求高；

激光雷達(dá)掃描測量功能強(qiáng)，便攜性好，測量效率高，測量范圍大，但是其測量精度受環(huán)境影響很明顯，準(zhǔn)確度很難保證；

光柵投影測量因?yàn)橐淮慰梢垣@取一個(gè)面域的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所以較為適用于大型薄壁測量，利用光柵投影測量，形成數(shù)控裝備上加工與測量有序交替集成的在位測量技術(shù),在加工過程工序間保持零件工位不變的情況下，對其加工質(zhì)量進(jìn)行檢測及反饋控制的技術(shù).與離線檢測相比，在位檢測避免了零件搬運(yùn)、重復(fù)裝夾等過程，保證了工序集中與基準(zhǔn)重合，大大提高檢測效率和準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種將雙目光柵投影測量、測量規(guī)劃、數(shù)控機(jī)床等技術(shù)集成的大型薄壁構(gòu)件壁厚在位光學(xué)測量系統(tǒng)和方法。

根據(jù)薄壁構(gòu)件加工工藝過程中對薄壁構(gòu)件整體三維形貌及壁厚分布在位檢測的需求，基于結(jié)構(gòu)光精密測量技術(shù)獲取點(diǎn)云信息，通過選定測量基準(zhǔn)面逐步作差的方法獲取對應(yīng)位置的壁厚，最后將多部位的測得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與薄壁構(gòu)件的CAD模型進(jìn)行模型比對和數(shù)據(jù)拼合，實(shí)現(xiàn)大型薄壁構(gòu)件在位檢測獲取各部位準(zhǔn)確的壁厚數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)的拼合，得到被測量對象的完整壁厚特征數(shù)據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)薄壁構(gòu)件的銑削工藝加工，同時(shí)也可以完成對大型薄壁構(gòu)件的質(zhì)量評估。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：