CN104647141A - 大型壁板厚度在位测量方法 - Google Patents

大型壁板厚度在位测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104647141A
CN104647141A CN201410810870.5A CN201410810870A CN104647141A CN 104647141 A CN104647141 A CN 104647141A CN 201410810870 A CN201410810870 A CN 201410810870A CN 104647141 A CN104647141 A CN 104647141A
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
probe
thickness
sonigauge
measurement point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410810870.5A
Other languages
English (en)
Inventor
张晓琳
唐文彦
李加福
王军
张烈山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201410810870.5A priority Critical patent/CN104647141A/zh
Publication of CN104647141A publication Critical patent/CN104647141A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q2717/00—Arrangements for indicating or measuring
    • B23Q2717/006—Arrangements for indicating or measuring in milling machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

大型壁板厚度在位测量方法，它涉及一种壁板厚度的测量方法。本发明为了解决现有的测量方法存在测量效率低、测量时被测件需从机床上拿下，无法获得整个壁板的全面数据的问题。将超声波测厚仪的探头通过探头装卡机构安装在所述数控铣床的铣刀位置；测得第一个测量点并使测量数据保存到超声波测厚仪存储器中；移动超声波测厚仪的探头到下一个测量点上方，控制超声波测厚仪的探头进行运动，使得所述探头移动到指定位置并与壁板接触，逐点进行自动扫描测量，直至完成最后一个测量点的测量；通过数据传输处理模块分别将超声波测厚仪的存储器中的测量数据反馈给终端处理设备进行数据处理，得到各个测量点的厚度数值及相应位置坐标，完成壁板厚度的在位测量。

Description

大型壁板厚度在位测量方法
技术领域
本发明涉及一种壁板厚度的测量方法。
背景技术
在运载火箭等结构中，采用壁板结构，壁板的一侧表面呈网格状的加筋板件。所说的壁板是由整块板坯通过数控铣床加工而成的，不需要采用连接技术而将蒙皮与桁条隔框等加强部分制成一个整体的加筋板件。如图1所示。测试壁板网格中指定点的厚度目前广泛使用的仪器是超声波测厚仪(奥林巴斯公司生产)，如图2所示，分辨力1um，保守估计，测量不确定度能够达到20um以下。在测量时需人工操作：人操作超声波测厚仪，人工读数，大脑记录最大和最小值，如图3所示。而且是“下线测量”，即把壁板从铣床上拿下测量。可看出，现有的测量方法存在测量效率低，用时超过4小时；难以找到准确的测量点；下线(把被测件从机床上拿下)测量，不符合要求；即便超差，也不能修复；不能获得整个壁板的全面数据，从而不能综合分析机床的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型壁板厚度在位测量方法，以解决现有的测量方法存在测量效率低、测量时被测件需从机床上拿下，无法获得整个壁板的全面数据。本发明所述的大型壁板中的“大型”是指壁板的长度大于或等于2000mm，宽度大于或等于2000mm。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种大型壁板厚度在位测量方法，所述测量方法是基于包括超声波测厚仪、数据传输处理模块、装卡机构和终端处理设备的测量系统来实现的，将超声波测厚仪及数据传输处理模块通过精密工装安装在用于加工大型壁板的数控铣床上；
所述方法的实现过程为：
步骤一、数控铣床加工完表面呈网格状的加筋壁板后，卸下所述数控铣床上的铣刀，将超声波测厚仪的探头通过探头装卡机构安装在所述数控铣床的铣刀位置(由于数控机床与壁板之间的相对位置并未发生变化，更换探头后机床坐标系X、Y轴与产品坐标系X、Y轴之间的转换关系并未发生变化)；依据产品的设计要求，确定被测量点在产品坐标系中X、Y轴方向的坐标值，并通过坐标系转换将其转换到机床坐标系中，从而可确定被测点在机床坐标系中的位置；通过对刀操作确定壁板测量点的零点X、Y轴坐标；
步骤二、控制超声波测厚仪的探头运动到第一个测量点上方；
步骤三、控制超声波测厚仪的探头下降，使探头与壁板表面接触，测得第一个测量点的测量数据；
步骤四、再下压1mm以触发采样开关，使测量数据保存到超声波测厚仪存储器中；
步骤五、快速抬起超声波测厚仪的探头；
步骤六、移动超声波测厚仪的探头到下一个测量点上方；其中，相邻两个测量点之间X轴方向的步长为n，Y轴方向的步长为m；
步骤七、重复步骤二至步骤六，控制超声波测厚仪的探头进行各种运动，使得所述探头移动到指定位置并与壁板接触，逐点进行自动扫描测量，直至完成最后一个测量点的测量，得到各个测量点的测量数值；
步骤八、通过数据传输处理模块分别将超声波测厚仪的存储器中的测量数据反馈给终端处理设备进行数据处理；测量厚度T与理论值Tl之间的偏差值为：
e＝T-Tl
壁板厚度设计允许上下偏差为e上、e下，通过比较实际偏差值e与设计允许上下偏差e上、e下来分辨实际测量厚度是否符合要求，并得到相应的测量点(特征点)的厚度数值及相应位置坐标，完成壁板厚度的在位测量。
本发明的有益效果是：
本发明方法实现了利用数控铣床和超声波测厚仪的各自优势，以及分别对其进行二次开发，再配合精密工装、数据传输处理模块和专用软件，实现壁板厚度的在线自动化扫描测量。这种自动化测试方案替代了原先的人工手动测量，不但可以进行在线检测，而且提高测试准确度，最重要的是将大幅度提高测试效率，测试一块壁板的时间仅为1-2小时，与现有手动操作方法相比，工作效率至少提高50％以上。
附图说明
图1是成形的壁板的图片，图中1表示壁板；
图2提供奥林巴斯公司生产的超声波测厚仪的照片图；
图3为人工操作利用超声波测厚仪的探头进行手动测量壁板厚度的图片；
图4为自动化测厚系统示意图片(图中：2-超声波测厚仪、3-数据传输处理模块、4-装卡机构、5-终端处理设备、6-数控铣床上)；
图5为智能的超声波探头装卡机构图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～5所示，本实施方式所述的方法是基于测量系统来实现的，所述测量系统主要包括超声波测厚仪、精密工装、数据传输处理模块、专用软件和终端处理设备等部分。
一种大型壁板厚度在位测量方法，所述测量方法是基于包括超声波测厚仪、数据传输处理模块、装卡机构和终端处理设备的测量系统来实现的，将超声波测厚仪及数据传输处理模块通过精密工装安装在用于加工大型壁板的数控铣床上；
所述方法的实现过程为：
步骤一、数控铣床加工完表面呈网格状的加筋壁板后，卸下所述数控铣床上的铣刀，将超声波测厚仪的探头通过探头装卡机构安装在所述数控铣床的铣刀位置(由于数控机床与壁板之间的相对位置并未发生变化，更换探头后机床坐标系X、Y轴与产品坐标系X、Y轴之间的转换关系并未发生变化)；依据产品的设计要求，确定被测量点在产品坐标系中X、Y轴方向的坐标值，并通过坐标系转换将其转换到机床坐标系中，从而可确定被测点在机床坐标系中的位置；通过对刀操作确定壁板测量点的零点X、Y轴坐标；
步骤二、控制超声波测厚仪的探头运动到第一个测量点上方；
步骤三、控制超声波测厚仪的探头下降，使探头与壁板表面接触，测得第一个测量点的测量数据；
步骤四、再下压1mm以触发采样开关，使测量数据保存到超声波测厚仪存储器中；
步骤五、快速抬起超声波测厚仪的探头；
步骤六、移动超声波测厚仪的探头到下一个测量点上方；其中，相邻两个测量点之间X轴方向的步长为n，Y轴方向的步长为m；
步骤七、重复步骤二至步骤六，控制超声波测厚仪的探头进行各种运动，使得所述探头移动到指定位置并与壁板接触，逐点进行自动扫描测量，直至完成最后一个测量点的测量，得到各个测量点的测量数值；
步骤八、通过数据传输处理模块分别将超声波测厚仪的存储器中的测量数据反馈给终端处理设备进行数据处理；测量厚度T与理论值Tl之间的偏差值为：
e＝T-Tl
壁板厚度设计允许上下偏差为e上、e下，通过比较实际偏差值e与设计允许上下偏差e上、e下来分辨实际测量厚度是否符合要求，并得到相应的测量点(特征点)的厚度数值及相应位置坐标，完成壁板厚度的在位测量。
在步骤八中，还包括：根据各个测量点的厚度数值及相应位置坐标得到三维厚度分布图，用以表达壁板的全部测试结果。
所述装卡机构为装卡超声波测厚仪探头的智能装卡机构，用于实现对每个厚度测量数据存储的自动触发。
在步骤七中，超声波测厚仪探头的移动轨迹由数控铣床的数字控制系统进行控制，使超声波测厚仪探头遍历各个测量点的移动轨迹最短。
将超声波测厚仪的探头安装在数控铣床的刀具位置，设计加工精密工装将超声波测厚仪及其数据传输处理模块安装在数控铣床上。利用数控铣床的数字控制系统进行二次开发，可以在程序代码的控制下精确地进行各种运动，使得超声波测厚仪探头移动到指定位置，并与壁板接触，测得厚度数值。同时，通过数据传输处理模块分别将超声波测厚仪的测试数据以及探头与壁板的接触坐标反馈给终端处理设备。专用软件可以得到各个特征点的厚度数值和位置坐标，进行进一步的计算处理，一键式得到全部测试结果，并可以得到三维厚度分布图。
由于需要多点自动测量，则必须有对测量点进行扫描的功能，考虑测量成本、效率、方便性等因素，决定利用加工机床的导轨和数控系统进行测量扫描：即由探头取代刀具，利用数控编程，实现各点的自动测量。这样满足了在位测量的要求。
设计智能的超声波探头装卡机构，如图5所示，实现对每个厚度测量数据存储的自动触发。整个壁板测量完毕后，把超声波测厚仪存储卡的数据导入到电脑中进行数据处理。
所述装卡机构包括4-1探头、4-2球面万向转动副、4-3滑动副、4-4球面万向转动副、4-5霍尔开关垫片、4-6霍尔开关固定部件、4-7外筒、4-8弹簧、4-9探头固定部件等主要部件组成。4-9探头固定件分为两部分，相互之间通过螺钉连接，调整螺钉的松紧程度，便可以将探头加紧。探头对被测工件的压紧力可以通过4-8弹簧进行调节。当探头接触到被测壁板表面，受到被测面的压力，致使弹簧压缩，4-3滑动副内霍尔开关垫片与霍尔开关进行接触从而触发霍尔开关工作，从而控制测厚仪进行壁板厚度的测量。将夹具中部的4-3滑动副外围又增设了一个4-4球面万向转动副，它的设计改变了探头与工件刚接触的瞬间至完全吻合的过程中接触点的受力状态，使摩擦力及其产生的力矩完全消失。4-2球面万向转动副可以小范围内转动，其作用是保证探头与4-9探头固定部件平行。
本发明方法为一种数控测量，利用本发明方法进行编程，其简化的程序流程为：1、对刀--确定测点的零位；2、探头运动到第一个测量点上方；3、缓慢下降探头，使探头与壁板接触；4、再下压1mm—触发采样开关，使测量数据保存到存储器中；5、快速抬起探头；6、快速移动探头到下个测量点上方；7、重复步骤2～6，直到最后测量点测量完毕。
针对本发明方实现的壁板厚度在位测量，对其测量时操作过程描述如下：1、卸下铣刀刀柄；2、安装探头夹具于刀头上；将测厚仪等固定在“置物盒”中；3、清理壁板上的铁靴和其它杂物；4、在网格中喷洒适当的水，作为探头耦合剂；5、把探头当作铣刀，进行对刀过程，以便知道探头的零位；6、启动测量程序，逐点进行测量；7、测量完毕后，卸下探头家具，安装上铣刀；8、把测厚仪的存储卡中的数据传到电脑中；9、进行数据处理。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型壁板厚度在位测量方法，所述测量方法是基于包括超声波测厚仪、数据传输处理模块、装卡机构和终端处理设备的测量系统来实现的，将超声波测厚仪及数据传输处理模块通过精密工装安装在用于加工大型壁板的数控铣床上；
其特征在于，所述方法的实现过程为：
步骤一、数控铣床加工完表面呈网格状的加筋壁板后，卸下所述数控铣床上的铣刀，将超声波测厚仪的探头通过探头装卡机构安装在所述数控铣床的铣刀位置；依据产品的设计要求，确定被测量点在产品坐标系中X、Y轴方向的坐标值，并通过坐标系转换将其转换到机床坐标系中，从而可确定被测点在机床坐标系中的位置；通过对刀操作确定壁板测量点的零点X、Y轴坐标；
步骤二、控制超声波测厚仪的探头运动到第一个测量点上方；
步骤三、控制超声波测厚仪的探头下降，使探头与壁板表面接触，测得第一个测量点的测量数据；
步骤四、再下压1mm以触发采样开关，使测量数据保存到超声波测厚仪存储器中；
步骤五、快速抬起超声波测厚仪的探头；
步骤六、移动超声波测厚仪的探头到下一个测量点上方；其中，相邻两个测量点之间X轴方向的步长为n，Y轴方向的步长为m；
步骤七、重复步骤二至步骤六，控制超声波测厚仪的探头进行各种运动，使得所述探头移动到指定位置并与壁板接触，逐点进行自动扫描测量，直至完成最后一个测量点的测量，得到各个测量点的测量数值；
步骤八、通过数据传输处理模块分别将超声波测厚仪的存储器中的测量数据反馈给终端处理设备进行数据处理；测量厚度T与理论值Tl之间的偏差值为：
e＝T-Tl
壁板厚度设计允许上下偏差为e上、e下，通过比较实际偏差值e与设计允许上下偏差e上、e下来分辨实际测量厚度是否符合要求，并得到相应的测量点的厚度数值及相应位置坐标，完成壁板厚度的在位测量。
2.根据权利要求1所述的一种大型壁板厚度在位测量方法，其特征在于，在步骤八中，还包括：根据各个测量点的厚度数值及相应位置坐标得到三维厚度分布图，用以表达壁板的全部测试结果。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型壁板厚度在位测量方法，其特征在于，所述装卡机构为装卡超声波测厚仪探头的智能装卡机构，用于实现对每个厚度测量数据存储的自动触发。
4.根据权利要求3所述的一种大型壁板厚度在位测量方法，其特征在于，在步骤七中，超声波测厚仪探头的移动轨迹由数控铣床的数字控制系统进行控制，使超声波测厚仪探头遍历各个测量点的移动轨迹最短。
CN201410810870.5A 2014-12-23 2014-12-23 大型壁板厚度在位测量方法 Pending CN104647141A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410810870.5A CN104647141A (zh) 2014-12-23 2014-12-23 大型壁板厚度在位测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410810870.5A CN104647141A (zh) 2014-12-23 2014-12-23 大型壁板厚度在位测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104647141A true CN104647141A (zh) 2015-05-27

Family

ID=53239050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410810870.5A Pending CN104647141A (zh) 2014-12-23 2014-12-23 大型壁板厚度在位测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104647141A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546199A (zh) * 2016-10-19 2017-03-29 中航飞机股份有限公司西安飞机分公司 一种基于超声波自动测量的机翼壁板定位方法
CN107741730A (zh) * 2017-08-24 2018-02-27 上海拓璞数控科技股份有限公司 薄壁件实时测量系统及方法
CN109176150A (zh) * 2018-10-15 2019-01-11 成都航空职业技术学院 一种薄壁零件侧壁厚度在机自动测量装置及方法
CN109202477A (zh) * 2018-03-21 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种柔性支撑装置
CN110686625A (zh) * 2019-09-17 2020-01-14 昆山市柳鑫电子有限公司 一种自动检测陶瓷覆铜板钎缝厚度的装置及方法
CN110919460A (zh) * 2019-12-03 2020-03-27 南京航空航天大学 一种基于超声信号及力学信号的在机测厚系统
WO2020192057A1 (zh) * 2019-03-27 2020-10-01 大连理工大学 大型壁板超声在机非接触扫描测厚装备与测厚方法
CN111940843A (zh) * 2020-07-29 2020-11-17 南京理工大学 基于非接触测量的大型结构件智能切削系统及方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546199A (zh) * 2016-10-19 2017-03-29 中航飞机股份有限公司西安飞机分公司 一种基于超声波自动测量的机翼壁板定位方法
CN107741730A (zh) * 2017-08-24 2018-02-27 上海拓璞数控科技股份有限公司 薄壁件实时测量系统及方法
CN109202477A (zh) * 2018-03-21 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种柔性支撑装置
CN109176150A (zh) * 2018-10-15 2019-01-11 成都航空职业技术学院 一种薄壁零件侧壁厚度在机自动测量装置及方法
WO2020192057A1 (zh) * 2019-03-27 2020-10-01 大连理工大学 大型壁板超声在机非接触扫描测厚装备与测厚方法
US11287400B2 (en) 2019-03-27 2022-03-29 Dalian University Of Technology Large-panel ultrasonic on-machine non-contact scanning thickness measurement equipment and thickness measurement method
CN110686625A (zh) * 2019-09-17 2020-01-14 昆山市柳鑫电子有限公司 一种自动检测陶瓷覆铜板钎缝厚度的装置及方法
CN110919460A (zh) * 2019-12-03 2020-03-27 南京航空航天大学 一种基于超声信号及力学信号的在机测厚系统
CN111940843A (zh) * 2020-07-29 2020-11-17 南京理工大学 基于非接触测量的大型结构件智能切削系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104647141A (zh) 大型壁板厚度在位测量方法
CN109489580B (zh) 一种航空发动机叶片表面加工的在机点云检测及补偿方法
EP0318557B1 (en) Workpiece inspection method
CN102854841B (zh) 一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法
CN107315391A (zh) 一种数控机床在线检测的预行程误差补偿方法
US7905031B1 (en) Process for measuring a part
CN105806251A (zh) 基于线激光传感器的四轴测量系统及其测量方法
CN102416581A (zh) 飞机部件柔性装配中待装配零件的混合测量定位方法
CN110345865A (zh) 一种基于三维扫描的钢结构数字化检测方法
CN109794805A (zh) 一种锥孔加工母线偏差自动检测装置及其检测方法
CN103831669A (zh) 圆度误差在线测量系统及测量方法
Lee et al. The optimal design of a measurement system to measure the geometric errors of linear axes
CN108115466B (zh) 一种立式加工中心的几何运动误差检测方法及系统
Moylan et al. Powder bed fusion machine performance testing
CN117348546A (zh) 一种柔性生产线过程质量评价方法
CN112781523A (zh) 一种基于激光位移测距的便携式表面缺陷检测装置及方法
CN110057338B (zh) 一种基于复合测量的工件原点自适应设置方法
DE102010035870B4 (de) Verfahren zur Genauigkeitssteigerung einer positionierenden Maschine und positionierende Maschine
JP6933603B2 (ja) 工作機械の計測能力評価方法及びプログラム
Cuesta et al. A statistical approach to prediction of the CMM drift behaviour using a calibrated mechanical artefact
CN113362456B (zh) 一种基于数字孪生技术的测量仪器构建方法及系统
CN106323125A (zh) 一种零件尺寸测量装置
CN107883894A (zh) 一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统
CN103759606A (zh) 大型工件多孔位置度检测系统及检测方法
CN109917204B (zh) 一种基于关节机器人的单粒子效应测试装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150527