[發明專利]一種大型殼體臥式裝配的測量與找正方法

有效

• 申請號: 201910193065.5
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109759897B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 華小渝;王永青;李俊峰;王衛玲;馬延楓;張錦鋒;趙潤輝;閆飛宇;李特;呂建衛;周宏軍;李長洪;王斌
• 申請（專利權）人: 西安航天動力機械有限公司
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q17/22;B23Q17/24
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種大型殼體臥式裝配的測量與找正方法，其特征在于，具體過程如下：

步驟1，殼體安裝就位與過渡環螺栓編號：

通過外過渡環將殼體定位安裝在尾翼機床頭部一端；通過內過渡環將殼體的另一端定位安裝在機床尾箱另一端；完成大型殼體的安裝就位；

步驟2，激光傳感器的安裝與校準：

通過傳感器安裝工裝將激光傳感器安裝在車刀架上，并通過機床配置的圓盤對激光傳感器進行校準，使激光傳感器的光束打到所述圓盤的定位孔上；

步驟3，殼體基準環形線的設定與測量路徑的生成：

前端基準環形線位于所述殼體前端的外圓周表面上；該前端基準環形線與殼體前端端面的距離S₁＝150mm；后端基準環形線位于所述殼體的外圓周表面上；該后端基準環形線與殼體后端端面的距離S₂＝100mm；所述的殼體前端為靠近機床頭部一端，所述的殼體后端為靠近機床尾箱一端；

確定的測量路徑為：激光傳感器隨車刀架由機床坐標系原點位置移動到前端基準環行線的基準點處，保持激光傳感器不動，機床主軸以S＝1r/min的速度進行旋轉，測量系統對前端基準環形線進行周向測量；前端基準環形線測量結束后，激光傳感器隨車刀架由前端基準點處移動到后端基準點處；保持激光傳感器不動，機床主軸以S＝1r/min的速度進行旋轉，測量系統對后端基準環形線進行周向測量；

步驟4，殼體數據的采集與濾波精簡：

所述殼體的數據包括：殼體前端基準線上測量點在機床坐標系中X軸的坐標值，Z軸的坐標值，C軸的坐標值，以及激光傳感器到殼體之間的距離L的值；后端基準環行線上測量點在機床坐標系中X軸的坐標值，Z軸的坐標值，C軸的坐標值，以及激光傳感器到殼體之間的距離L的值，且均采自于均布在前端基準環形線上的3300個測量點和均布在后端基準環形線上的3300個測量點；

采集數據時，根據步驟3中確定的測量路徑，激光傳感器隨車刀架從機床原點位置移動到前端基準環形線上的基準點處；使機床主軸以S＝1r/min的速度旋轉，以機床主軸為旋轉軸旋轉，通過激光傳感器掃描測量位于前端基準環形線上的3300個測量點的坐標值，以及該激光傳感器到殼體之間的距離值L；同時數控系統的數據采集系統高頻存儲掃描測量得到的所述前端基準環形線上的測量點的坐標值及激光傳感器到殼體之間的距離值L；

當前端基準線測量結束后，激光傳感器隨車刀架由前端基準點移動到后端基準點處，保持機床主軸以S＝1r/min的速度旋轉，以機床主軸為旋轉軸，繼續掃描測量位于后端基準環形線上的3300個測量點的坐標值，以及該激光傳感器到殼體之間的距離值L；同時數控系統的數據采集系統高頻存儲掃描測量得到的所述后端基準環形線上的測量點的坐標值及激光傳感器到殼體之間的距離值L；

數據采集完成后，為了排除因環境因素，如光線強度，造成的采集數據中壞點的影響，利用弦高差算法對采集的數據進行濾波處理；所述的壞點為偏離前后基準環形線超過允許誤差ε的點；弦高差算法原理如下：

將掃描測量得到的數據分為多個采樣周期，每個采樣周期包括20個測量點的數據；測量系統將每個周期記錄的第一個測量點A_i作為初始記錄點，將每個周期最后一個測量點A_i+n作為最終記錄點；做所述第一個測量點A_i與最后一個測量點A_i+n之間連線，并在該連線上做出20個弦高計算點；所述各弦高計算點分別與第一個測量點A_i與最后一個測量點A_i+n之間實際曲線間的垂直距離即為各弦高計算點處的弦高h；

通過公式(1)逐個確定各采樣周期中記錄的初始記錄點與最終記錄點之間曲線上任意一點的弦高h_i+m；

其中，i＝1,2,3…，3300；0m＜n＝20；所述的m是一個采樣周期內的任意一個點；所述n是一個采樣周期中測量點的數量；點(x_i,z_i,)，(x_i+m,z_i+m,)，(x_i+n,z_i+n),分別是點A_i,A_i+m,A_i+n的坐標值；

具體的等弦高差濾波過程是：

利用公式(1)得到一個采樣周期中的各弦高計算點的的弦高，分別得到弦高h_i+1,h_i+2,h_i+3,……·，h_i+m,……,h_i+n-1；對得到的弦高進行比較，得出其中的最大的弦高h_max，并將該最大弦高h_max與設定的允差ε＝0.02mm進行比較；如果h_max＜ε，則與h_max相對應的測量點不會被記錄；令i+1→i，按下一個測量點計算求解與之對應的h_max，并將該最大弦高h_max與設定的允差ε＝0.02mm進行比較；如果h_max＜ε，則與h_max相對應的測量點不會被記錄，直至得到的h_max＞ε，則將與之對應的點記錄；

重復所述等弦高差濾波過程，依次進行下一個采樣周期的等弦高差濾波過程，直至整個測量過程結束，分別得到各采樣周期中滿足最大弦高h_max＜ε的弦高，從而實現測量采集點的精簡處理；

步驟5，調整殼體位置：

對濾波后得到的各采樣周期中滿足最大弦高h_max＜ε的弦高的數據進行最小二乘擬合處理，并根據數據處理后的結果，調整殼體位置；

將位于所述內過渡環12點、3點、6點、9點方向上調整定位螺栓編號均布在后端基準環形線，將位于外過渡環上12點、3點、6點、9點方向上的調整定位螺栓編號均布在前端基準的環形線上；

確定前端基準環形線圓心在機床坐標系正X軸方向和機床坐標系正Y軸方向上的偏移量Δx₁＝0.093，Δy₁＝-0.048，并分別確定：

機床坐標系正X軸方向即3點方向上前過渡環定位螺栓應調整的圈數a₁＝Δx₁/b

機床坐標系正Y軸方向即6點方向上前過渡環定位螺栓應調整的圈數a₅＝Δy₁/b

其中b為定位螺栓的螺距，Δx₁為前端基準環形線圓心在機床坐標系正X軸方向的偏移量，Δy₁為前端基準環形線圓心在機床坐標系正Y軸方向上的偏移量；得到前端基準截面圓上對應外過渡環定位螺栓應調整的圈數a₁＝-2，a₅＝-4；其中的正號表示螺栓旋進方向為順時針方向，負號表示螺栓旋進方向為逆時針方向；

確定后端基準環形線圓心在機床坐標系正X軸方向和機床坐標系正Y軸方向上的偏移量Δx₂＝0.131，Δy₂＝-0.076，并分別確定：

機床坐標系正X軸方向即3點方向上后過渡環定位螺栓應調整的圈數f₁＝Δx₂/b

機床坐標系正Y軸方向即6點方向上后過渡環定位螺栓應調整的圈數f₅＝Δy₂/b

其中b為定位螺栓的螺距，Δx₂為后端基準環行線圓心在機床坐標系正X軸方向的偏移量，Δy₂為后端基準環行線圓心在機床坐標系正Y軸方向上的偏移量；

得到后端基準截面圓上對應內過渡環定位螺栓應調整的圈數f₁＝-3，f₅＝-5，其中的正號表示螺栓旋進方向為順時針方向，負號表示螺栓旋進方向為逆時針方向；

步驟6，調整分別位于內過渡環的3點、6點方向上和外過渡環的3點、6點方向上的定位螺栓：

根據步驟5中得到的確定的螺栓調整圈數，調整3點、6點方向上的定位螺栓，從而實現殼體軸線與機床主軸軸線同軸度的調整；

測量殼體軸線與機床主軸軸線的同軸度，若所述同軸度的誤差大于設定的0.05mm，則重復步驟3至步驟5，直至滿足要求；

最后將內過渡環上其余的12個定位螺栓和外過渡環上其余12個定位螺栓緊固，即完成殼體的找正。