[發明專利]基于單測距傳感器的曲面法向的測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202011221869.0
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112432622A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 杜兆才;薛俊;姚艷彬
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04;G01B21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了基于單測距傳感器的曲面法向的測量裝置，包括基座、底座組件、壓緊組件和測距傳感器組件，底座組件可旋轉地安裝于基座上，壓緊組件安裝于底座組件上；測距傳感器組件包括傳感器支座和測距傳感器，測距傳感器安裝在傳感器支座上，傳感器支座安裝于壓緊組件上。本發明還公開了基于單測距傳感器的曲面法向的測量方法。該基于單測距傳感器的曲面法向的測量裝置目的是解決現有的曲面法向測量中因需要多個測距傳感器而影響測量精度保持的問題。

技術領域

本發明屬于技術領域，具體涉及一種基于單測距傳感器的曲面法向的測量裝置及方法。

背景技術

以航空航天飛行器、高鐵列車車廂蒙皮為代表的大型復雜曲面部件裝配前，需要在曲面上鉆連接孔，為了提高連接強度、改善連接部位受力狀態、提高疲勞壽命，對孔的方向精度提出了較高的要求，以飛機為例，通常要求孔的軸線與曲面法向的角度偏差不超過0.5°，性能優良的新型飛機則提出了更高的精度要求。角度偏差一旦超過0.5°，很容易導致連接部位損傷加劇，疲勞壽命大幅度降低，產生較大的安全隱患。

航空航天飛行器、高鐵列車車廂采用的金屬蒙皮為鈑金件，產品精度不高；由于工藝水平限制，新型飛機采用的復合材料蒙皮輪廓偏差較大；即便采用激光掃描、照相測量等方式測量蒙皮輪廓，由于大型蒙皮及工裝存在裝配誤差、承受變化的溫度、作用力的影響，蒙皮剛度又較低，不可避免地會出現定位偏差，因此，無法預知蒙皮的準確安裝位置。在這種情況下，就無法按照理論狀態確定孔的方向，只能依靠實測手段測量鉆孔區域的法向。目前，通常在加工設備上安裝多個渦流傳感器、超聲波傳感器、激光測距傳感器等測量距離的傳感器，根據各傳感器的安裝位置，結合鉆孔區域與傳感器的實測距離，確定鉆孔區域內的幾個點的位置，利用這幾個點建立鉆孔區域的曲面方程，由此獲得鉆孔區域的法向。

渦流傳感器、超聲波傳感器對應用對象和環境的限制條件較多、精度不高，且尺寸較大，因此，較少采用，目前普遍采用精度較高、使用方便、尺寸較小的激光測距傳感器。假設鉆孔區域為平面時，至少需要三個點才能確定平面方程，為了提高平面方程擬合精度，通常要增加一個傳感器，采用4個點擬合鉆孔區域的平面方程。為了提高曲面擬合精度，針對不同的結構，也可將鉆孔區域假設為球面、圓柱面或更復雜的曲面，則需要采用更多的傳感器，才能擬合出曲面方程。綜上所述，為了測量鉆孔區域法向，在鉆孔執行器前端至少要布置4個傳感器。由于還需要控鉆孔的位置精度、孔徑精度、锪窩深度精度等指標，并實時監控鉆孔區域狀態、刀具狀態，因此，在鉆孔執行器前端還要安裝長度計、刀具檢測傳感器、工業相機、工業攝像機等測量、監控裝置。安裝這些必不可少的傳感器會增大執行器前端的尺寸，不僅導致執行器前端結構異常復雜，還會影響執行器的工作范圍，用戶不得不面臨或者放棄測量監控增大質量風險、或者縮小工作范圍限制使用的兩難困境。

有鑒于此，本領域技術人員亟待提供一種基于單測距傳感器的曲面法向的測量裝置及方法用于解決現有的曲面法向測量中因需要多個測距傳感器而影響測量精度保持的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是現有的曲面法向測量中因需要多個測距傳感器而影響測量精度保持的問題。

(二)技術方案

本發明的第一方面提供了一種基于單測距傳感器的曲面法向的測量裝置，包括基座、底座組件、壓緊組件和測距傳感器組件，所述底座組件可旋轉地安裝于所述基座上，所述壓緊組件安裝于所述底座組件上；

所述測距傳感器組件包括傳感器支座和測距傳感器，所述測距傳感器安裝在所述傳感器支座上，所述傳感器支座安裝于所述壓緊組件上。

進一步地，所述測距傳感器組件還包括氣管接頭，所述氣管接頭安裝在所述傳感器支座上。

進一步地，所述基座包括基座安裝板、定位銷和轉軸，所述定位銷、所述轉軸均設于所述基座安裝板上；所述底座組件安裝在所述基座安裝板上，通過所述定位銷定位，所述底座組件繞所述轉軸旋轉。