CN106017353B - 一种蜂窝芯面形测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蜂窝芯面形测量装置，包括：激光测量传感器、测量运动系统、反射膜真空吸附系统、反射膜铺放系统、控制所述测量运动系统的运动控制系统和处理所述激光测量传感器测量的数据的数据处理系统，由所述反射膜铺放系统在蜂窝芯待测面覆上反射薄膜，由所述反射膜真空吸附系统对反射膜进行真空吸附，使所述反射薄膜紧贴蜂窝芯待测面，且使蜂窝孔格处的反射薄膜向下凹陷；通过运动控制系统控制安装在测量运动系统中的激光测量传感器，对蜂窝芯进行三维扫描，获得蜂窝芯在不同空间位置的蜂窝壁高度，再由数据处理系统获得蜂窝芯的面形。本发明通过在蜂窝芯表面铺覆反射薄膜的方式，解决蜂窝芯多孔薄壁的不连续特征而面形难以测量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种工件面形的测量装置，具体地说是一种蜂窝芯面形测量装置。
背景技术
目前，蜂窝芯在航空航天领域中的应用非常广泛，主要用于制备蜂窝夹层结构。其制作过程包括：首先将蜂窝芯构件上下表面加工至所设计的复杂曲面形状，再将其与预先成型的具有相反曲面形状的一层薄板(通常为碳纤维复合材料板)粘接在一起。蜂窝芯曲面加工精度的好坏，决定了其与上下薄板的粘接可靠性、进而影响整个夹层结构的性能。因此在加工后粘接前，必须对蜂窝芯复杂曲面的加工精度进行检测，检测合格的构件才能粘接薄板构成蜂窝芯复合材料夹层结构构件。因此需要一种合理的测量方法，用于检测蜂窝芯加工后的复杂曲面形状精度。
蜂窝芯加工表面具有非连续特征。蜂窝芯是一种多孔薄壁结构，蜂窝壁厚0.05mm-0.1mm，壁形状多为正六边形，壁边长2-5mm，蜂窝壁截面占其总表面积的比例小于10％，这种非连续特征导致蜂窝芯构件复杂曲面形状精度的测量困难。
一些航空航天制造企业采用靠模的办法检测蜂窝芯复杂曲面的形状精度，即加工与所设计蜂窝零件曲面形状相反的金属靠模，二者靠紧后检视其贴合程度，从而判断蜂窝芯曲面的加工精度。这种测量方法最大的弊端在于，必须针对每一种形状蜂窝芯零件的检测加工专用的靠模。而航空航天制造中蜂窝芯零件的种类繁多，使得靠模的数量巨大，制造成本非常高。同时这种方法检测蜂窝芯复杂曲面的精度也有限。
在专利申请号为201310485345.6，名称为“一种组合框架结构蜂窝芯平面度的测量方法”的专利中，其利用高精度的刀口尺和成套的三等或以上精度等级的量块，结合高度差的计算方法，进行蜂窝芯的平面度测量。该专利提供了整体上测量蜂窝芯平面度的方法，但不能获得蜂窝芯材料的具体面形。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种蜂窝芯面形测量装置。
本发明采用的技术手段如下：
一种蜂窝芯面形测量装置，包括：激光测量传感器、测量运动系统、反射膜真空吸附系统、反射膜铺放系统、控制所述测量运动系统的运动控制系统和处理所述激光测量传感器测量的数据的数据处理系统；
由所述反射膜铺放系统在蜂窝芯待测面覆上反射薄膜，由所述反射膜真空吸附系统对反射膜进行真空吸附，使所述反射薄膜紧贴蜂窝芯待测面，且使蜂窝孔格处的反射薄膜向下凹陷；通过运动控制系统控制安装在测量运动系统中的激光测量传感器，对蜂窝芯进行三维扫描，获得蜂窝芯在不同空间位置的蜂窝壁高度，再由数据处理系统获得蜂窝芯的面形。
所述测量运动系统包括能相对于机床工作台水平运动的水平二维运动平台和固定在所述水平二维运动平台上的竖直平移台，所述竖直平移台上设有所述激光测量传感器；
所述反射膜真空吸附系统包括安装在所述机床工作台内的真空吸附平台，所述真空吸附平台上设有透气固定板，所述透气固定板上设有用于粘贴固定蜂窝芯的透气双面胶，所述真空吸附平台通过气管与真空发生装置连通；
所述反射膜铺放系统包括拉膜机构和切膜机构；所述拉膜机构包括固定在所述机床工作台上的反射膜存放盒、拉膜杆和驱动所述拉膜杆沿水平直线运动的传动装置，所述拉膜杆上设有用于将位于所述反射膜存放盒内的反射膜拉出的夹子Ⅰ，所述反射膜存放盒内设有用于缠绕所述反射膜的旋转芯轴；
所述切膜机构包括控制所述旋转芯轴旋转的开关，旋转轴，控制所述旋转轴旋转的手柄和位于所述旋转轴上的刀片；
所述开关打开，在所述反射膜受到拉力时，所述旋转芯轴可自由旋转；
所述开关闭合，所述旋转芯轴被卡住，不能旋转，反射膜处于张紧的状态，此时操纵所述手柄来控制所述旋转轴旋转，使所述刀片运动到所述反射膜上，即可将反射膜切断。
工作状态下，所述激光测量传感器可沿水平面和竖直方向运动。
所述水平二维运动平台包括位于所述机床工作台两侧的两个支柱和横梁，所述支柱沿所述拉膜杆的运动方向设置，所述反射膜存放盒、所述旋转轴和所述传动装置通过两个所述支柱与所述机床工作台连接；
所述横梁分别通过滑架与两个所述支柱的上端连接，所述滑架可沿所述拉膜杆的运动方向滑动，所述横梁上设有可沿垂直于所述拉膜杆的运动方向滑动的水平平移台，所述水平平移台上设有所述竖直平移台，所述竖直平移台通过固定板与所述激光测量传感器连接。
所述真空吸附平台为微孔式真空吸附平台，包括多个独立工作空间Ⅰ，所述独立工作空间Ⅰ之间设有分区隔条Ⅰ，以适应不同蜂窝尺寸的测量需要；
所述透气固定板的材质为软木或微孔陶瓷，其尺寸与所述真空吸附平台一致，所述透气固定板包括多个与所述独立工作空间Ⅰ相对应的独立工作区Ⅱ，所述独立工作区Ⅱ之间设有分区隔条Ⅱ，使得相邻所述独立工作区Ⅱ之间气路不能连通，所述机床工作台内设有容纳所述真空吸附平台和所述透气固定板的空间，所述空间限制所述真空吸附平台和所述透气固定板的水平移动，即所述真空吸附平台和所述透气固定板只能沿竖直方向取出、更换。
所述透气固定板的材质为软木或微孔陶瓷，是利用其透气特性，在不影响所述蜂窝芯排真空情况下，使得所述真空吸附平台的真空吸力更均匀，并与所述透气双面胶配合，用来固定蜂窝芯。
所述透气双面胶的尺寸与所述蜂窝芯的固定端大小一致，以防多出的部分将所述反射膜粘住，影响所述真空吸附平台对所述反射膜的吸附；
所述透气双面胶为带有微孔的双面胶，在测量时其透气性不影响所述真空吸附平台对所述反射膜的吸附作用。
所述真空发生装置为真空发生器或真空泵，所述真空发生装置上还设有真空度控制机构。
所述传动装置为皮带轮传动装置或链轮传动装置。
所述皮带轮传动装置包括两条皮带以及与所述皮带相匹配的主动带轮和从动带轮，所述主动带轮上设有皮带轮电机，所述拉膜杆的两端分别与两条所述皮带固定连接。
所述链轮传动装置包括两条链以及与所述链相匹配的主动链轮和从动链轮，所述主动链轮上设有链轮电机，所述拉膜杆的两端分别与两条所述链固定连接。
所述夹子Ⅰ通过位于所述反射膜的自由端上的夹子Ⅱ将所述反射膜从所述反射膜存放盒内拉出，所述夹子Ⅱ用于增加所述反射膜被所述夹子Ⅰ夹住的面积，以降低所述夹子Ⅰ直接夹所述反射膜不易拉平的操作难度。
所述夹子Ⅱ与所述反射膜的连接处的材质为质地较软的材料，如橡胶等，以降低所述反射膜在被拉动的过程中所受到的应力，所述夹子Ⅰ可手动调整其在所述拉膜杆上的位置，所述夹子Ⅱ与所述反射膜可拆连接。
所述刀片为锯齿刀片。
所述反射膜为对激光有良好反射性，刚度满足在真空吸附作用下，在蜂窝孔格处能向下凹陷，且不易破损的反射膜。所述反射膜在测量曲率较大的曲面时，仍然适用，即使出现微小的褶皱也可以通过后期数据处理去除。
所述反射膜为PE膜、PVC膜或PVDC膜。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.测量精度高。本发明可以选用高精度的激光测量传感器，与目前靠模方式检测蜂窝面形精度的方法相比，精度高。
2.使用成本低。目前一些航空航天公司采用的靠模方法，需要对每一种形状蜂窝芯零件的检测加工制作专用的靠模，而航空航天制造中蜂窝芯零件的种类繁多，使得靠模的数量巨大，制造成本高。本发明可以满足对不同种类蜂窝芯的测量，降低了使用成本。
3.测量效率高。本发明操作方便，对蜂窝芯进行铺膜吸膜操作后，进行激光测量传感器扫描，经过数据处理系统，即可获得蜂窝芯的面形，测量效率高。
4.适用性好。本发明对蜂窝芯的测量不受蜂窝芯面形的限制，能够适应对蜂窝芯的平面、斜面、曲面等的测量。
5.获取信息丰富。本发明不仅能够获得蜂窝芯的三维高度面形信息，还能获得蜂窝芯的孔格信息，能够分析蜂窝芯的孔格变形。
基于上述理由本发明可在测量装置等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的实施例1中一种蜂窝芯面形测量装置的空间结构示意图。
图2是本发明的实施例1中一种蜂窝芯面形测量装置另一角度的空间结构示意图。
图3是本发明的实施例1中蜂窝芯面形测量状态示意图。
图4是本发明的实施例1中反射膜真空吸附系统的结构示意图。
图5是本发明的实施例1中反射膜拉出时的示意图。
具体实施方式
一种蜂窝芯面形测量装置，包括：激光测量传感器、测量运动系统、反射膜真空吸附系统、反射膜铺放系统、控制所述测量运动系统的运动控制系统和处理所述激光测量传感器测量的数据的数据处理系统；
所述测量运动系统包括能相对于机床工作台水平运动的水平二维运动平台和固定在所述水平二维运动平台上的竖直平移台，所述竖直平移台上设有所述激光测量传感器；
所述反射膜真空吸附系统包括安装在所述机床工作台内的真空吸附平台，所述真空吸附平台上设有透气固定板，所述透气固定板上设有用于粘贴固定蜂窝芯的透气双面胶，所述真空吸附平台通过气管与真空发生装置连通；
所述反射膜铺放系统包括拉膜机构和切膜机构；所述拉膜机构包括固定在所述机床工作台上的反射膜存放盒、拉膜杆和驱动所述拉膜杆沿水平直线运动的传动装置，所述拉膜杆上设有用于将位于所述反射膜存放盒内的反射膜拉出的夹子Ⅰ，所述反射膜存放盒内设有用于缠绕所述反射膜的旋转芯轴；
所述切膜机构包括控制所述旋转芯轴旋转的开关，旋转轴，控制所述旋转轴旋转的手柄和位于所述旋转轴上的刀片；
工作状态下，所述激光测量传感器可沿水平面和竖直方向运动。
所述水平二维运动平台包括位于所述机床工作台两侧的两个支柱和横梁，所述支柱沿所述拉膜杆的运动方向设置，所述反射膜存放盒、所述旋转轴和所述传动装置通过两个所述支柱与所述机床工作台连接；
所述横梁分别通过滑架与两个所述支柱的上端连接，所述滑架可沿所述拉膜杆的运动方向滑动，所述横梁上设有可沿垂直于所述拉膜杆的运动方向滑动的水平平移台，所述水平平移台上设有所述竖直平移台，所述竖直平移台通过固定板与所述激光测量传感器连接。
所述真空吸附平台为微孔式真空吸附平台，包括多个独立工作空间Ⅰ，所述独立工作空间Ⅰ之间设有分区隔条Ⅰ；
所述透气固定板的材质为软木或微孔陶瓷，其尺寸与所述真空吸附平台一致，所述透气固定板包括多个与所述独立工作空间Ⅰ相对应的独立工作区Ⅱ，所述独立工作区Ⅱ之间设有分区隔条Ⅱ，所述机床工作台内设有容纳所述真空吸附平台和所述透气固定板的空间。
所述透气双面胶的尺寸与所述蜂窝芯的固定端大小一致，所述透气双面胶为带有微孔的双面胶。
所述真空发生装置为真空发生器或真空泵，所述真空发生装置上还设有真空度控制机构。
所述传动装置为皮带轮传动装置或链轮传动装置。
所述夹子Ⅰ通过位于所述反射膜的自由端上的夹子Ⅱ将所述反射膜从所述反射膜存放盒内拉出，所述夹子Ⅱ与所述反射膜的连接处的材质为质地较软的材料。
所述刀片为锯齿刀片。
所述反射膜为对激光有良好反射性，刚度满足在真空吸附作用下，在蜂窝孔格处能向下凹陷，且不易破损的反射膜。
所述反射膜为PE膜、PVC膜或PVDC膜。
实施例1
如图1-图5所示，一种蜂窝芯面形测量装置，包括：激光测量传感器11、测量运动系统、反射膜真空吸附系统、反射膜铺放系统、控制所述测量运动系统的运动控制系统和处理所述激光测量传感器测量的数据的数据处理系统；
所述测量运动系统包括能相对于机床工作台水平运动的水平二维运动平台和固定在所述水平二维运动平台上的竖直平移台13，所述竖直平移台13上设有所述激光测量传感器11；
所述反射膜真空吸附系统包括安装在所述机床工作台1内的真空吸附平台24，所述真空吸附平台24上设有透气固定板8，所述透气固定板8上设有用于粘贴固定蜂窝芯22的透气双面胶23，所述真空吸附平台24通过气管25与真空发生装置26连通；
所述反射膜铺放系统包括拉膜机构和切膜机构；所述拉膜机构包括固定在所述机床工作台1上的反射膜存放盒3、拉膜杆6和驱动所述拉膜杆6沿水平直线运动的传动装置，所述拉膜杆6上设有用于将位于所述反射膜存放盒3内的反射膜21拉出的夹子Ⅰ7，所述反射膜存放盒3内设有用于缠绕所述反射膜21的旋转芯轴；
所述切膜机构包括控制所述旋转芯轴旋转的开关17，旋转轴5，控制所述旋转轴5旋转的手柄16和位于所述旋转轴5上的刀片4；
所述水平二维运动平台包括位于所述机床工作台1两侧的两个支柱2和横梁10，所述支柱2沿所述拉膜杆6的运动方向设置，所述反射膜存放盒3、所述旋转轴5和所述传动装置通过两个所述支柱2与所述机床工作台1连接；
所述横梁10分别通过滑架9与两个所述支柱2的上端连接，所述滑架9可沿所述拉膜杆6的运动方向滑动，所述横梁10上设有可沿垂直于所述拉膜杆6的运动方向滑动的水平平移台14，所述水平平移台14上设有所述竖直平移台13，所述竖直平移台13通过固定板12与所述激光测量传感器11连接。
工作状态下，所述激光测量传感器11可沿水平面和竖直方向运动，即所述竖直平移台13可以在所述水平平移台14上滑动，从而实现所述激光测量传感器11沿Z轴方向的运动。所述水平平移台14通过在所述横梁10上的滑动，实现所述激光测量传感器11沿X轴方向运动，通过两侧所述滑架9在两个所述支柱2上的滑动，实现所述激光测量传感器11沿Y轴方向运动。
所述真空吸附平台24为微孔式真空吸附平台，包括多个独立工作空间Ⅰ，所述独立工作空间Ⅰ之间设有分区隔条Ⅰ；
所述透气固定板8的材质为软木，其尺寸与所述真空吸附平台24一致，所述透气固定板8包括多个与所述独立工作空间Ⅰ相对应的独立工作区Ⅱ，所述独立工作区Ⅱ之间设有分区隔条Ⅱ，所述机床工作台1内设有容纳所述真空吸附平台24和所述透气固定板8的空间。
在覆膜时，应使所述反射膜21覆盖住所述蜂窝芯22所在的所述独立工作区Ⅱ，具体形式可参考图3中A部分所示。
所述透气双面胶23的尺寸与所述蜂窝芯22的固定端大小一致，所述透气双面胶23为带有微孔的双面胶。
所述真空发生装置26为真空发生器或真空泵，所述真空发生装置26上还设有真空度控制机构。
所述传动装置为皮带轮传动装置。
所述皮带轮传动装置包括两条皮带18以及与所述皮带18相匹配的主动带轮19和从动带轮，所述主动带轮19通过驱动轴Ⅰ20与皮带轮电机15连接，所述拉膜杆6的两端分别与两条所述皮带18固定连接。
所述皮带轮电机15正转和反转使所述驱动轴Ⅰ20带动所述皮带18运动，进而带动所述拉膜杆6运动，根据所述拉膜杆6的运动范围，可设置所述皮带轮电机15的转动范围。
所述夹子Ⅰ7通过位于所述反射膜21的自由端上的夹子Ⅱ27将所述反射膜21从所述反射膜存放盒3内拉出，所述夹子Ⅱ27与所述反射膜21的连接处的材质为橡胶。
所述刀片4为锯齿刀片。
所述反射膜21为PE膜。
实施例2
一种蜂窝芯面形测量装置，其与实施例1中所述的一种蜂窝芯面形测量装置得区别特征在于：所述传动装置为链轮传动装置。
所述链轮传动装置包括两条链以及与所述链相匹配的主动链轮和从动链轮，所述主动链轮通过驱动轴Ⅱ与链轮电机连接，所述拉膜杆6的两端分别与两条所述链固定连接。
所述链轮电机正转和反转使所述驱动轴Ⅱ带动所述链运动，进而带动所述拉膜杆6运动，根据所述拉膜杆6的运动范围，可设置所述链轮电机的转动范围。
所述反射膜21为PVC膜。
所述透气固定板8的材质为微孔陶瓷。
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 (9)
1.一种蜂窝芯面形测量装置，包括：激光测量传感器、测量运动系统、反射膜真空吸附系统、反射膜铺放系统、控制所述测量运动系统的运动控制系统和处理所述激光测量传感器测量的数据的数据处理系统；
其特征在于：所述测量运动系统包括能相对于机床工作台水平运动的水平二维运动平台和固定在所述水平二维运动平台上的竖直平移台，所述竖直平移台上设有所述激光测量传感器；
所述反射膜真空吸附系统包括安装在所述机床工作台内的真空吸附平台，所述真空吸附平台上设有透气固定板，所述透气固定板上设有用于粘贴固定蜂窝芯的透气双面胶，所述真空吸附平台通过气管与真空发生装置连通；
所述反射膜铺放系统包括拉膜机构和切膜机构；所述拉膜机构包括固定在所述机床工作台上的反射膜存放盒、拉膜杆和驱动所述拉膜杆沿水平直线运动的传动装置，所述拉膜杆上设有用于将位于所述反射膜存放盒内的反射膜拉出的夹子Ⅰ，所述反射膜存放盒内设有用于缠绕所述反射膜的旋转芯轴；
所述切膜机构包括控制所述旋转芯轴旋转的开关，旋转轴，控制所述旋转轴旋转的手柄和位于所述旋转轴上的刀片；
工作状态下，所述激光测量传感器可沿水平面和竖直方向运动；
所述水平二维运动平台包括位于所述机床工作台两侧的两个支柱和横梁，所述支柱沿所述拉膜杆的运动方向设置，所述反射膜存放盒、所述旋转轴和所述传动装置通过两个所述支柱与所述机床工作台连接；
所述横梁分别通过滑架与两个所述支柱的上端连接，所述滑架可沿所述拉膜杆的运动方向滑动，所述横梁上设有可沿垂直于所述拉膜杆的运动方向滑动的水平平移台，所述水平平移台上设有所述竖直平移台，所述竖直平移台通过固定板与所述激光测量传感器连接；
所述蜂窝芯覆盖部分所述透气固定板上表面；
所述真空吸附装置和所述透气固定板位于机床工作台内；
所述透气固定板为分隔结构。
2.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述真空吸附平台为微孔式真空吸附平台，包括多个独立工作空间Ⅰ，所述独立工作空间Ⅰ之间设有分区隔条Ⅰ；
所述透气固定板的材质为软木或微孔陶瓷，其尺寸与所述真空吸附平台一致，所述透气固定板包括多个与所述独立工作空间Ⅰ相对应的独立工作区Ⅱ，所述独立工作区Ⅱ之间设有分区隔条Ⅱ，所述机床工作台内设有容纳所述真空吸附平台和所述透气固定板的空间。
3.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述透气双面胶的尺寸与所述蜂窝芯的固定端大小一致，所述透气双面胶为带有微孔的双面胶。
4.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述真空发生装置为真空发生器或真空泵，所述真空发生装置上还设有真空度控制机构。
5.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述传动装置为皮带轮传动装置或链轮传动装置。
6.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述夹子Ⅰ通过位于所述反射膜的自由端上的夹子Ⅱ将所述反射膜从所述反射膜存放盒内拉出，所述夹子Ⅱ与所述反射膜的连接处的材质为质地较软的材料。
7.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述刀片为锯齿刀片。
8.根据权利要求1所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述反射膜为对激光有良好反射性，刚度满足在真空吸附作用下，在蜂窝孔格处能向下凹陷，且不易破损的反射膜。
9.根据权利要求8所述的一种蜂窝芯面形测量装置，其特征在于：所述反射膜为PE膜、PVC膜或PVDC膜。
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