一種旋轉掃描3d成型的法向測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及多曲度曲面外形零件的定點位法向檢測判斷，尤其涉及一種旋轉掃描 3D成型的法向測量裝置。
【背景技術】
[0002] 多曲度曲面大型飛機薄壁鈑金件、復合材料零件的制孔、锪窩、鉚接銑削，以及飛 機框梁與蒙皮的連接孔等加工明確要求采用法向方式，但是其實際形狀與理論模型存在一 定的差別，為保證準確無誤的加工，要求事先對零件特征點進行法向檢測判斷，甚至加工后 的法向精度復查。目前，公知的法向檢測方法是多點位檢測零件調整控制、四點檢測對應軟 吊鏈驅動控制、三點檢測多軸聯動調整控制。這三種檢測調整方法各有優缺點。多點位檢 測零件調整控制利用一個或多個（一般不超過4個）傳感器通過一定排布規律在零件表面 多次測量，依靠機床本身各運動軸的控制精度，但程序控制過于復雜、實際調整時間過長， 存在有長期振蕩的可能性。四點檢測對應軟吊鏈驅動控制能夠實現精度較低的法向調整， 但是由于采用四點軟吊鏈懸掛產品零件，下降過程全靠產品的自重形成，且調整時產品存 在來回晃動，剛性、穩定性、重復性較差，位于零件邊緣的加工點根本無法測量。三點檢測多 軸聯動調整控制對檢測面積有一定的要求，需要10個控制軸，成本較高，其算法非常復雜， 功能實現起來困難，操作也不方便。上述3種方法都寄生于整套設備中，無法單獨作為法向 測量裝置。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了克服振蕩、重復性較差、操作困難、測量受限、成本高昂等不 足，提供一種簡易便攜式法向檢測裝置，該裝置夾持到不同主軸刀柄上時，可應用于不同類 型的機床。
[0004] 為了達到上述的技術效果，本發明采取以下技術方案：一種旋轉掃描3D成型的法 向測量裝置，它包括曲面法向檢測頭、測試箱、傳感器線纜和電機驅動電纜。所述曲面法向 檢測頭包括從上至下依次連接的主軸刀柄、芯棒、定位電機、聯軸器、連接工裝和傳感器，所 述傳感器中心測量線、連接工裝的軸線與主軸刀柄的軸線三者重合。所述測試箱包括設置 在內部的上位工控機、網絡通信線、控制器、電機驅動器和命令控制線。所述控制器一端口 通過網絡通信線和上位工控機連接、控制器另一端口通過傳感器線纜與傳感器頭連接；所 述電機驅動器一端口通過命令控制線和上位工控機連接，電機驅動器另一端口通過電機驅 動電纜和定位電機連接。
[0005] 進一步的技術方案是：所述旋轉掃描3D成型的法向測量裝置還包括電機固定支 架，用于固定定位電機。
[0006] 進一步的技術方案是：所述測試箱外部設有電源進線接口，打印接口和數據輸出 端口。
[0007] 進一步的技術方案是：所述傳感器是條狀激光光束位移傳感器，所述傳感器能發 射出條狀激光束。
[0008] 進一步的技術方案是：所述旋轉掃描3D成型的法向測量裝置還包括傳感器航插 和電機電纜航插，所述傳感器線纜通過傳感器航插與控制器連接，所述電機驅動電纜通過 電機電纜航插與電機驅動器連接。
[0009] 控制器通過局域網絡通信方式連接到上位工控機，工控機給控制器發出相關命令 并采集數據，完成相應的后置處理；同時工控機根據工藝條件設置，控制旋轉電機的驅動 器，使得電機及工裝旋轉定位，其傳感器定角度進行快速測量；工控機控制測量頭旋轉一 次，采集一次數據，再旋轉，再采集，最后在工控機得到不同角度下傳感器與零件表面的多 點垂直距離，因此可繪制出一個3D空間模型，通過分析、比對和軟件處理，即可判斷當前測 量旋轉軸線是否為中心點的法向。
[0010] 本裝置在操作時，根據被測物體形狀，上位工控機人機界面中設置測量精度、旋轉 步長、旋轉范圍等參數，一鍵啟動，旋轉電機自動定位旋轉，傳感器測量位移，即可在一分鐘 內完成所有的測量并得出結果，并可選擇打印測量報告。通過測試，只要有需加工孔孔徑2 倍直徑的面積，設置較小的旋轉角度值，宏觀上實現面掃描，最后都可以測量計算法向。整 個測量裝置固定在一個標準芯棒上，測量頭與控制器的連接采用航空插頭，旋轉電機及附 件與驅動部分也采用航空插頭連接，其它控制器全部安裝固定在一個專用測試箱中，所以 可以非常方便的移置到其它機床主軸頭上，進行法向檢測。
[0011] 本發明與現有技術相比，具有以下的有益效果：整套裝置結構簡單，操作方便，不 僅可以實現所有曲面的法向測量，還可以容易地移置應用于多臺機床。針對不同要求，設置 簡單參數，一鍵啟動，通過旋轉定位掃描，數據處理后即可得到3D模型；該裝置夾持到不同 主軸刀柄上，即可應用于不同類型的機床；特別是小型曲面零件加工孔位于零件邊緣，傳統 方式已無法檢測，本裝置都能實現。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明的結構示意圖；
[0013] 圖2是圖1旋轉掃描測量示意圖。
[0014] 附圖標記：
[0015] 1-主軸刀柄，2-芯棒，3-定位電機，4-聯軸器，5-連接工裝，6-傳感器，7-條狀激 光束，8-曲面零件，9-測試箱，10-上位工控機，11-網絡通信線，12-控制器，13-電機驅動 器，14-命令控制線，15-電源進線接口，16-打印接口，17-傳感器航插，18-電機電纜航插， 19-電纜固定支架，20-數據輸出端口。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合本發明的實施例對本發明作進一步的闡述和說明。
[0017] 實施例：
[0018] 如圖1所示，發射條狀激光束的傳感器6固定到連接工裝5上，再通過聯軸器4與 旋轉定位電機3組合在一起，電機3再固定到一個標準的芯棒2上，最后形成一個曲面法向 檢測頭。標準芯棒2的直徑是16_，通過標定使得傳感器6中心測量線、連接工裝5的軸線 與加工主軸即芯棒2的軸線重合。通過機床主軸刀柄1很容易連接在任何的機床上工作。 傳感器線纜通過傳感器航插17與控制器12連接，電機驅動電纜通過電機電纜航插18電機 驅動器13連接。傳感器的控制器12和電機驅動器13均固定在手提式的測試箱9內，在測 試箱內還有測量用人機交互的上位工控機10,利用相應的網絡通信線11和命令控制線14 形成一個完整的電氣控制系統。
[0019] 測量裝置的標定：選擇一臺經過定檢的三坐標機床，準備好匹配的主軸刀柄1、雷 尼紹工件找正激光探頭、一個150mmX 150mm標準檢驗平板和一個直徑為200mm的半圓標準 球體。在主軸上安裝雷尼紹