[發明專利]一種變截面筒狀零件內腔三維形貌測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202011160285.7
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112504159B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 緱建杰;蔡懷陽;韓利亞;陳代鑫;茹博;陳俊佑
• 申請（專利權）人: 成都飛機工業（集團）有限責任公司
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

1.一種變截面筒狀零件內腔三維形貌測量裝置，其特征在于：包括直線電機、多邊形底座、測頭和液壓伸縮桿，所述測頭包括激光器和相機，測頭與液壓伸縮桿為機械連接，液壓伸縮桿均勻分布在多邊形底座上，多邊形底座與直線電機為滑動連接，液壓伸縮桿上設置有基于激光三角法原理實現對變截面筒體內腔壁的三維形貌測量的測頭，液壓伸縮桿可隨測頭與變截面筒體內腔壁的距離變化進行自動調節；

測頭和液壓伸縮桿通過外設計算機控制，液壓桿的伸縮量通過編碼器、位移傳感器獲得，通過測頭讀取測頭與變截面筒狀零件內腔的距離，當測頭與變截面筒狀零件內腔的距離超過設定閾值時，信號反饋至計算機，通過計算機控制液壓伸縮桿的伸縮。

2.根據權利要求1所述的一種變截面筒狀零件內腔三維形貌測量裝置，其特征在于：所述直線電機用于控制液壓伸縮桿的軸向移動和測頭的軸向位移，直線電機兩端通過支撐架控制平直度。

3.如權利要求1所述的一種變截面筒狀零件內腔三維形貌測量裝置的測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：搭建變截面筒體零件內腔三維形貌測量裝置，其包含多個沿直線電機徑向均勻分布的測頭，所有測頭視野的集合能夠覆蓋變截面筒體零件內壁的徑向截面；

步驟2：標定所有測頭的內部和外部參數，測頭外部參數標定方法步驟如下：

選定一個測頭為主測頭，使其位于初始位置，使用標定板對其進行標定，并通過軸向和徑向移動標定出其運動軸線，其中軸向軸線即為直線電機軸線，徑向軸線即為液壓伸縮桿軸線，以此軸線作為主軸坐標系的x軸，由此可獲得該測頭初始坐標系與主軸坐標系的轉換關系；當測頭進行測量時，所獲得的數據首先根據測量時的軸向和徑向位移轉換到其初始坐標系下，再根據前述標定結果轉換到主軸坐標系下；

步驟3：固定變截面筒體零件和測量裝置，確保直線電機在變截面筒體內沿軸向移動時測頭可在全部行程中進行測量；

步驟4：測量裝置從變截面筒體零件起始端面沿零件內腔軸向往零件終止端面移動，測頭向變截面筒體零件內壁投線激光，測量區域遍歷被測零件內壁全部表面；

步驟5：測量裝置在移動過程中，液壓伸縮桿會根據測頭與變截面筒體零件內壁的距離變化進行自動調節，確保測頭與零件內壁的距離始終在合理的范圍內；測頭依據其內部和外部參數和拍攝到的激光線圖像，對該激光線進行實時三維重建，并根據全部測頭的內外部參數，將三維數據轉換到同一的坐標系下；

步驟6：對比分析獲取的三維形貌數據和變截面筒體零件的三維模型，確認數據缺失的區域，移動測量裝置掃描該區域，直至獲取完整數據。

4.根據權利要求3所述的測量方法，其特征在于：步驟2中，設直線電機位移量為l，第i測頭液壓桿伸縮量為d_i，則測頭i的坐標系與其初始位置的轉換關系可記為其值由l和d_i的具體值決定；而當l＝0,d_i＝0時，測頭i的初始坐標系與主軸坐標系的轉換關系僅由其安裝關系決定；在標定板不動的情況下，改變l和d_i，獲得一組{l,d_i}和標定板位姿的對應關系，從而求解測頭i相對于主軸的安裝關系；對于測頭i測得的點云{P_i}，通過以下公式將其轉換到主軸坐標系下

其中為定值，為l和d_i的函數，而整體點云{P_M}＝∑_i{P_iM}。