CN103357705A

CN103357705A - 肋骨曲线形状测量装置

Info

Publication number: CN103357705A
Application number: CN2013103274333A
Authority: CN
Inventors: 胡鹏浩; 管炳良; 胡毅; 何艺军; 刘健锋
Original assignee: LIUZHOU ROYAL PRECISION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LIUZHOU ROYAL PRECISION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN103357705B

Abstract

本发明公开了一种肋骨曲线形状测量装置，涉及船体建造技术领域，包括有一个安装在数控肋骨冷弯机的肋骨夹头上的标靶，在数控肋骨冷弯机上安装有以所述标靶为目标的跟踪测量器；所述标靶上设置有激光器和猫眼逆反器，所述跟踪测量器包括激光测距仪、角度编码器、瞄准所述激光器光束发射点的光电探测器以及带动所述激光测距仪、所述角度编码器和所述光电探测器转动的回转单元，所述猫眼逆反器反射所述激光测距仪的光束，所述激光测距仪接收该反射的光束。本发明与现有技术相比，解决了现有数控肋骨冷弯机所使用的钢丝弦线测量装置很难保证肋骨线型的成型质量和成型精度，且检测效率较低等问题。

Description

肋骨曲线形状测量装置

技术领域

本发明涉及船体建造技术领域，尤其是一种应用在船体肋骨冷弯过程中测量肋骨曲线形状参数的装置。

背景技术

由于肋骨曲线形状是二维的，参见图1，平面曲线上任意点可以用来表示，其中

是曲线原点

到任意点

的弦长，

是任意点

弯曲时弦线夹角

，因此用

也就可以表示肋骨的曲线形状。

现有的船体数控肋骨冷弯机对肋骨进行加工时，通常采用逐段进给式加工方式，即随着肋骨的送进，肋骨的头端（相当于平面曲线的原点

）在平面上不断变化，而肋骨上的冷弯点（相当于平面曲线的任意点

）受加工压头的限制是固定的，因此现有的船体数控肋骨冷弯机对肋骨进行测量通常是采用弦线测量法，即采用钢丝带动两组光电探测器对肋骨的弦线长度

和弯曲时弦线夹角

进行测量。由于钢丝裸露在空气中，钢丝受热胀冷缩的影响会产生松动，而且钢丝在不断移出过程中会产生磨损和损伤，一般情况下，钢丝工作半年左右就会发生断裂，从而影响机器的正常工作，因此现有数控肋骨冷弯机的钢丝弦线测量装置很难保证肋骨线型的成型质量和成型精度，而且其检测效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种肋骨曲线形状测量装置，它可以实现船体肋骨冷弯过程中肋骨曲线形状的快速、准确自动跟踪测量。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：这种肋骨曲线形状测量装置，包括有一个安装在数控肋骨冷弯机的肋骨夹头上的标靶，在所述数控肋骨冷弯机的压头处安装有以所述标靶为目标的跟踪测量器；所述标靶上设置有激光器和猫眼逆反器，所述跟踪测量器包括激光测距仪、角度编码器、瞄准所述激光器光束发射点的光电探测器以及带动所述激光测距仪、所述角度编码器和所述光电探测器转动的回转单元，所述激光测距仪光束的输出方向指向所述猫眼逆反器，所述猫眼逆反器的反射光方向对准所述激光测距仪。

上述技术方案中更具体的技术方案还可以是：所述回转单元包括由电机驱动的竖立设置的主轴、套装在所述主轴外的轴套和设置在所述主轴上的角接触球轴承，在所述主轴上于所述两套角接触球轴承之间套装有一个轴承隔圈，所述轴承隔圈的两端分别与两套所述角接触轴承的内圈抵触，在所述主轴的下端设置有用于消除两套所述角接触球轴承游隙的锁紧螺母。

进一步的：所述轴套通过联接板与所述数控肋骨冷弯机连接固定。

进一步的：所述电机为带减速器的步进电机，所述主轴的底端开设有用于与所述带减速器的步进电机的输出轴过渡配合的内孔，所述主轴通过键与所述输出轴联接。

进一步的：所述光电探测器包括有一个方框形的镜座以及设置在所述镜座的中心轴上的光学透镜组和CCD图像传感器，所述CCD图像传感器设置在光学透镜组的焦平面上，所述镜座的底部与所述主轴的顶端固定连接。

进一步的：在所述方框形的镜座的一端开口上固定有一块设有通孔的前盖板,在所述前盖板的外侧有一个前镜框与所述通孔连接，在所述前盖板的内侧固定有一个后镜框,所述光学透镜组固定在所述前镜框和所述后镜框之间。

进一步的：所述镜座的上方固定有保持架,所述激光测距仪通过测距仪螺钉锁紧安装在所述保持架中，所述保持架固定在所述镜座上。

进一步的：所述角度编码器为绝对式角度编码器，所述绝对式角度编码器包括套装在所述主轴上部的角度编码盘，所述角度编码盘采用圆光栅盘，在所述轴套上设置有所述角度编码盘的读数头。

进一步的：所述标靶设有与所述肋骨夹头相连接标靶底座和安装于所述标靶底座之上的标靶机体，所述激光器置于所述标靶机体，所述猫眼逆反器装在所述标靶机体顶端，在所述标靶机体顶端于所述猫眼逆反器的两侧设置有一对微调螺钉，所述猫眼逆反器外部罩有标靶机盖。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明测量空间大，测量范围广，在肋骨送料冷弯过程中，光电探测器的瞄准点可到达肋骨外端的任意点，没有测量盲点。

2、本发明的兼容性较好，安装方式简单，无需对现有冷弯机作任何改动，降低改造成本。

3、本发明由于采用绝对式角度编码器,无需找零,开机即可测量，测量速度快。

4、本发明检测精度高、重复性好、工作可靠性高。

5.本发明采用光电非接触测量，响应快，无滞后。

附图说明

图1为平面曲线表示的数学模型。

图2为本发明的跟踪测量器的机构示意图。

图3为本发明的光电探测器结构示意图。

图4为本发明的标靶结构主视图。

图5为图4的右视图。

图6为本发明的安装示意图。

图中标号：1.带减速器的步进电机；2.数控肋骨冷弯机；3.联接板；4.轴承端盖；5.锁紧螺母；6.轴套；7.主轴；8.轴承隔圈；9.角接触球轴承；10.防尘盖；11.角度编码盘；12.读数头；13.读数头螺钉；14.保持架；15.激光测距仪；16.测距仪螺钉；17.减速器螺钉；18.键；19.联接板螺钉；20.轴承端盖螺钉；21.轴套螺钉；22.角度编码盘螺钉；23.镜座螺钉；24.保持架螺钉；25.光学透镜组；26.前镜框；27.前盖板；28.前盖板螺钉；29.后镜框；30.CCD固定架螺钉；31.CCD图像传感器；32.CCD固定架；33.镜座；34.CCD驱动电路板；35.后盖板螺钉；36.后盖板；37.肋骨夹头；38.标靶底座螺钉；39.标靶底座；40.激光器电源螺钉；41.激光器电源；42.标靶机体螺钉；43.标靶机体；44.激光器；45.猫眼逆反器螺钉；46.猫眼逆反器；47.标靶机盖；48.微调螺钉；49.主导轨；50.滑动小车；51.滑块；52.平移车；53.标靶；54.跟踪测量器；55.压头；56.肋骨；57.第一加工夹头；58.第二加工夹头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图2，图3、图4和图5所示的本肋骨曲线形状测量装置，包括有一个安装在数控肋骨冷弯机2的肋骨夹头37上的标靶，在数控肋骨冷弯机2工作台上安装有以该标靶为目标的跟踪测量器；标靶上设置有激光器44和猫眼逆反器46，跟踪测量器包括角度编码器、光电探测器、激光测距仪15以及带动角度编码器、光电探测器和激光测距仪15转动的回转单元；光电探测器用于跟踪瞄准激光器44的光束发射点, 而猫眼逆反器46反射激光测距仪15的光束，并由激光测距仪15接收该反射的光束。

如图2所示的回转单元包括有由电机驱动的竖立设置的主轴7、套装在主轴7外的轴套6和设置在主轴7上的两套角接触球轴承9，在主轴7上于两套角接触球轴承9之间套装有一个轴承隔圈8，轴承隔圈8的两端分别与两套角接触轴承9的内圈抵触，在主轴7的下端设置有锁紧螺母5，该锁紧螺母5用于消除两套角接触球轴承9游隙、提高轴系的回转精度；锁紧螺母5上套装有连接固定于轴套6上的轴承端盖4，轴承端盖4通过抽成端盖螺钉20固定于轴套6上。本实施例中的电机为带减速器的步进电机1，主轴7的底端开设有用于与电机的输出轴过渡配合的内孔，主轴7通过键18与电机的输出轴联接。安装时，带减速器的步进电机1通过减速器螺钉17固定在联接板3上，轴套6通过轴套螺钉21固定在联接板3上，联接板3通过联接板螺钉19固定在数控肋骨冷弯机2上。

本实施例的角度编码器为绝对式角度编码器，绝对式角度编码器包括套装在主轴7上部的角度编码盘11，角度编码盘11通过角度编码盘螺钉22与主轴7连接固定，角度编码盘11采用圆光栅盘，在轴套6上设置有角度编码盘11的读数头12,读数头12通过读数头螺钉13固定于轴套6顶端；在轴套6的顶端还设置有防尘盖10。

图3所示的光电探测器包括有一个方框形的镜座33以及设置在镜座33的中心轴上的光学透镜组25，在光学透镜组25的焦平面上设置CCD图像传感器31，CCD图像传感器31安装于CCD固定架32上，CCD固定架32通过CCD固定架螺钉30固定于镜座33上；光电探测器设置于角度编码器的上方，光电探测器的镜座33通过镜座螺钉23联接在主轴7的顶端。在镜座33的一端开口上固定有一块设有通孔的前盖板27，在前盖板27的外侧有一个前镜框26与通孔连接，在前盖板27的内侧固定有一个后镜框29，光学透镜组25固定在前镜框26和后镜框29之间，前镜框26螺纹联接在前盖板27上，前盖板27由前盖板螺钉28固定在镜座33的外端；镜座33内安装有CCD驱动电路板，在镜座33的另一端开口通过后盖板螺钉35固定连接有后盖板36。

激光测距仪15安装在保持架14中，并由测距仪螺钉16锁紧。保持架14通过保持架螺钉24固定在光电探测器的镜座33之上。

图4和图5所示的标靶设有标靶底座39和标靶机体43，标靶机体43通过标靶机体螺钉42固定于标靶底座39之上，标靶底座39通过标靶底座螺钉38安装固定于肋骨夹头37之上，在标靶底座39之上设置市售的激光器44和激光器电源41，激光器44和激光器电源41置于标靶机体43内，标靶机体43的壁体上开设有用于射出激光器44光束的通孔，激光器电源41通过激光器电源螺钉40固定于标靶底座顶端；在标靶机体43顶端通过猫眼逆反器螺钉45固定安装有市售的猫眼逆反器46，在猫眼逆反器46的下部并垂直于其光轴方向的两侧设置有一对微调螺钉48，通过微调螺钉48的径向调节，可保证猫眼逆反器46的轴心线与激光测距仪15发射激光的轴心线重合。在猫眼逆反器46外部罩有标靶机盖47，标靶机盖47的壁体上与猫眼逆反器46的相应位置处设有开口。

本肋骨形状测量装置测量采用的是弦线测量法，其参数输出格式与现有钢丝弦线测量系统一致，采用光电非接触测量替代了钢丝，如图6所示，标靶53安装在用于夹持肋骨56的头端的肋骨夹头37上，标靶53的猫眼逆反器46与肋骨56的头端对齐，肋骨夹头37固定在与平移车52滑动连接的滑动小车50上，平移车52的两端通过滑块51与主导轨49滑动连接，滑动小车50的移动方向与平移车52的移动方向相垂直；跟踪测量器54安装于数控冷弯机工作台的压头55处，安装时，使跟踪测量器54的激光测距仪15和标靶53的猫眼逆反器46相向设置，调节微调螺钉48使激光测距仪15的轴心线和猫眼逆反器46的轴心线重合，并使激光测距仪15中的激光发射点对齐肋骨56的冷弯点

，该激光发射点与冷弯点

的连线与滑动小车50的移动方向平行。加工时，通过数控肋骨冷弯机的进料装置逐段进给待加工的肋骨56，通过压头55将夹持于第一加工夹头57和第二加工夹头58之间的肋骨段弯曲成形，弯曲过程中通过本发明的测量装置自动跟踪测量肋骨的头端到肋骨上的冷弯点的弦长和弦线夹角，将测量数据反馈给计算机以提高成型质量和成型精度。本肋骨曲线形状测量装置的测量过程如下：当光电探测器的光学透镜组25的光轴瞄准到标靶的激光器44时，激光测距仪15光束的输出方向指向猫眼逆反器46，猫眼逆反器46的反射光方向对准激光测距仪15，标靶的激光器44的激光投射到光电探测器的光学透镜组25，经光学透镜组25聚焦到CCD图像传感器31的中心位置， CCD图像传感器31将光信号转变为电信号，送入计算机，随着加工进行，肋骨56的头端会带着一同固定在肋骨夹头37上的标靶53，沿平移车52、主导轨49方向运动，标靶53的激光器44发出的光点在CCD图像传感器31上的成象位置会发生偏移，计算机计算该偏离值，并发出脉冲信号驱动带减速器的步进电机1步进回转，实现跟踪；每一次跟踪成功后，计算机系统会同步采集圆光栅角度编码器所测得的轴系回转角和激光测距仪15的读数；上述电信号触发激光测距仪15发出激光，经猫眼逆反器46反射后又被激光测距仪15接收，激光测距仪15记录激光往返的时间，光速和往返时间乘积的一半，就是激光测距仪15到被猫眼逆反器46的距离，也即冷弯点的弦线长度

，此时主轴7带动角度编码盘11转过的角度被读数头12读取，即为冷弯点

的弦线夹角

；随着肋骨56的逐段进给，不断读取肋骨56各冷弯点的

，实现对曲线形状自动跟踪测量，直至整根肋骨56加工完成。

Claims

1.一种肋骨曲线形状测量装置，其特征在于：包括有一个安装在数控肋骨冷弯机（2）的肋骨夹头（37）上的标靶（53），在所述数控肋骨冷弯机（2）的压头（55）处安装有以所述标靶（53）为目标的跟踪测量器（54）；所述标靶（53）上设置有激光器（44）和猫眼逆反器（46），所述跟踪测量器（54）包括激光测距仪（15）、角度编码器、瞄准所述激光器（44）光束发射点的光电探测器以及带动所述激光测距仪（15）、所述角度编码器和所述光电探测器转动的回转单元，所述激光测距仪（15）光束的输出方向指向所述猫眼逆反器（46），所述猫眼逆反器（46）的反射光方向对准所述激光测距仪（15）。

2.根据权利要求1所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述回转单元包括由电机驱动的竖立设置的主轴(7)、套装在所述主轴（7）外的轴套（6）和设置在所述主轴(7)上的两套角接触球轴承(9)，在所述主轴(7)上于所述两套角接触球轴承(9)之间套装有一个轴承隔圈(8)，所述轴承隔圈(8)的两端分别与两套所述角接触轴承(9)的内圈抵触，在所述主轴(7)的下端设置有用于消除两套所述角接触球轴承(9)游隙的锁紧螺母(5)。

3.根据权利要求2所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述轴套（6）通过联接板（3）与所述数控肋骨冷弯机（2）连接固定。

4.根据权利要求2或3所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述电机为带减速器的步进电机(1)，所述主轴(7)的底端开设有用于与所述带减速器的步进电机(1)的输出轴过渡配合的内孔，所述主轴（7）通过键（18）与所述输出轴联接。

5.根据权利要求1所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述光电探测器包括有一个方框形的镜座（33）以及设置在所述镜座（33）的中心轴上的光学透镜组（25）和CCD图像传感器（31），所述CCD图像传感器（31）设置在光学透镜组（25）的焦平面上，所述镜座（33）的底部与所述主轴（7）的顶端固定连接。

6.根据权利要求5所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：在所述方框形的镜座（33）的一端开口上固定有一块设有通孔的前盖板（27）,在所述前盖板（27）的外侧有一个前镜框（26）与所述通孔连接，在所述前盖板（27）的内侧固定有一个后镜框（29）,所述光学透镜组（25）固定在所述前镜框（26）和所述后镜框（29）之间。

7.根据权利要求5或6所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述镜座（33）的上方固定有保持架（14）,所述激光测距仪（15）通过测距仪螺钉（16）锁紧安装在所述保持架（14）中，所述保持架（14）固定在所述镜座（33）上。

8.根据权利要求1所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述角度编码器为绝对式角度编码器，所述绝对式角度编码器包括套装在所述主轴(7)上部的角度编码盘(11)，所述角度编码盘(11)采用圆光栅盘，在所述轴套(6)上设置有所述角度编码盘(11)的读数头（12）。

9.根据权利要求1所述的肋骨曲线形状测量装置，其特征是：所述标靶（53）设有与所述肋骨夹头（37）相连接标靶底座（39）和安装于所述标靶底座（39）之上的标靶机体（43），所述激光器（44）置于所述标靶机体（43），所述猫眼逆反器（46）装在所述标靶机体（43）顶端，在所述标靶机体（43）顶端于所述猫眼逆反器（46）的两侧设置有一对微调螺钉（48），所述猫眼逆反器（46）外部罩有标靶机盖（47）。