CN107914185B - 深盲孔罩体快速测量装置及测量、补偿加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深盲孔罩体快速测量装置及测量、补偿加工方法，所述装置包括与机床主轴同轴布置的基座，基座的后端嵌入机床主轴，前端设置有安装盖，安装盖在基座前端形成腔体结构，安装盖的内腔前端设置有导电板，安装盖和导电板的中部均设置有供探针穿过的通孔，探针的后端穿过安装盖和导电板、伸入设置于安装盖内腔的移动板，移动板的前端面与导电板后端面贴合，移动板的后端设置有弹簧，基座的中部设置有弹簧定位台，弹簧的一端与移动板的后端连接，另一端连接弹簧定位台，导电板、移动板通过导线与二极管串联相连，二极管的输出端与机床控制电路连接。本发明利用光电测量装置实现罩体的快速测量，利用测量数据后置处理实现补偿加工的方法。

Description

深盲孔罩体快速测量装置及测量、补偿加工方法

技术领域

本发明涉及高马赫异型深盲孔天线罩加工技术，具体地指一种深盲孔罩体快速测量装置及测量、补偿加工方法。

背景技术

随着导弹武器系统向高速、精确打击、长航时方向发展，各类先进战术导弹的飞行速度在高马赫飞行。天线罩作为导引头天线的保护罩，是导弹武器系统“天眼”的重要组成部分，具有透波、导流、防热、承载等多种功能。根据天线罩的使用要求和特点，内外结构均为异形曲面，其内腔深度达1311mm，由于廓形测量要求范围大，壁厚测量要求精度高，目前尚无成熟的检测仪器能对其进行准确的测量。在深腔铣削加工过程中，刀具悬伸过长，容易发颤，加工精度低；陶瓷基复合材料的加工性能导致刀具磨损大，常使成品的精度无法满足要求。在天线罩制造过程中，由于天线罩外形结构和成型工艺复杂性，使得机械加工后的天线罩很难满足电气性能要求，进而对导弹的瞄准精度和工作可靠性造成很大影响。因此在积极探索新工艺的同时，通过改进加工方法，提高加工精度是一个行之有效的途径。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种深盲孔罩体快速测量装置及测量、补偿加工方法，利用光电测量装置实现罩体的快速测量，利用测量数据通过后置处理实现补偿加工的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的深盲孔罩体快速测量装置其特殊之处在于，包括与机床主轴同轴布置的基座，所述基座的后端嵌入机床主轴，前端设置有安装盖，所述安装盖在基座前端形成腔体结构，所述安装盖的内腔前端设置有导电板，所述安装盖和导电板的中部均设置有供探针穿过的通孔，所述探针的后端穿过安装盖和导电板、伸入设置于安装盖内腔的移动板，所述移动板的前端面可与导电板后端面贴合配合，所述移动板的后端设置有弹簧，所述基座的中部设置有弹簧定位台，所述弹簧的一端与移动板的后端连接，另一端连接弹簧定位台，所述导电板、移动板通过导线与二极管串联相连，并通过两者的贴合与分离形成通断开关，所述二极管的输出端与机床控制电路连接。

进一步地，所述导电板包括弧形板和设置于弧形板两端的导电球，所述移动板的前端中部设置有安装槽，中部沿径向设置有伸出杆，后端中部设置有弹簧安装台，所述伸出杆可与导电球抵接配合。伸出杆与导电球相切，形成点接触，其检测精度高于面接触、线接触。

更进一步地，所述导电板包括三个弧形板和六个导电球，所述移动板包括三个伸出杆，其检测灵敏度更高。

更进一步地，所述探针的前端为弧面，后端通过螺纹与移动板连接。

更进一步地，所述基座的后端为锥形结构，易于嵌入机床主轴。

一种基于上述深盲孔罩体快速测量装置的测量方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)将深盲孔罩体快速测量装置安装于机床主轴上，将深盲孔天线罩体安装于机床的固定工装上，通过移动机床主轴，使探针找正顶点基准，确定零件原点坐标；

2)控制机床主轴移动，使探针触碰罩体内腔表面，探针受力后移，推动移动板压缩弹簧，移动板的前端面与导电板的后端面分离，二极管断路熄灭，向机床控制电路输出断路信号，机床控制电路记录探针坐标值；

3)重复步骤2)逐点检测待测量的点位坐标值，形成测量点云数据。

一种基于上述深盲孔罩体快速测量装置的补偿加工方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)将深盲孔罩体快速测量装置安装于机床主轴上，将深盲孔天线罩体安装于机床的固定工装上，通过移动机床主轴，使探针找正顶点基准，确定零件原点坐标；

2)控制机床主轴移动，使探针触碰罩体内腔表面，探针受力后移，推动移动板压缩弹簧，移动板的前端面与导电板的后端面分离，二极管断路熄灭，向机床控制电路输出断路信号，机床控制电路记录探针坐标值；

3)重复步骤2)逐点检测待测量的点位坐标值，形成测量点云数据；

4)对采集的测量点云数据进行数据后处理；

5)对所述经过数据后处理的测量点云数据编制加工宏程序；

6)根据所述加工宏程序对在机检测的零件进行补偿加工。

优选地，所述步骤4)中数据后处理包括数据特征挖掘、数据去噪、数据修补、数据精简、对数据进行曲面拼接。

优选地，所述步骤5)中编制加工宏程序包括根据测量数学模型对加工路径拓扑形状设计、加工路径参数优化、刀具磨损补偿。

优选地，还包括复检步骤：重复步骤1)～6)直至罩体轮廓偏差不大于0.2mm，罩体壁厚尺寸偏差不大于0.1mm。

本发明的优点在于：本发明利用光电测量装置完成罩体内型面的快速测量，通过逆向建模方法，宏程序补偿加工，精确完成罩体内型面的测量和补偿加工，具有以下有益的技术效果：加工精度较高，完全满足产品设计精度要求：天线罩轮廓偏差设计要求不大于0.4，实际不大于0.2；壁厚尺寸偏差设计要求不大于±0.15mm，实际不大于±0.1mm；制得的产品既能用于地面试验，也能用于飞行试验和交付用户使用。本发明的处理方法可用于测量复杂内腔曲面和加工误差偏大的产品，也可以用于其他类似产品的加工控制。

附图说明

图1为深盲孔罩体快速测量装置结构示意图。

图2为图1中移动板和导电板的后视结构示意图。

图3为深盲孔罩体快速测量装置的测量状态结构示意图。

图中：深盲孔罩体快速测量装置1，基座1.1，安装盖1.2，弹簧1.3，移动板1.4，安装槽1.41，伸出杆1.42，弹簧安装台1.43，探针1.5，导电板1.6，弧形板1.61，导电球1.62，二极管1.7，机床2，机床主轴2.1，固定工装2.2，顶点基准2.3，大端面基准2.4，罩体3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明深盲孔罩体快速测量装置1包括与机床主轴2.1同轴布置的基座1.1，基座1.1的后端为锥形结构，嵌入机床主轴2.1，前端设置有安装盖1.2，安装盖1.2在基座1.1前端形成腔体结构，安装盖1.2的内腔前端设置有导电板1.6，安装盖1.2和导电板1.6的中部均设置有供探针1.5穿过的通孔，探针1.5的前端为弧面，后端穿过安装盖1.2和导电板1.6、伸入设置于安装盖1.2内腔的移动板1.4，探针1.5与移动板1.4中部通过螺纹连接。移动板1.4的前端面可与导电板1.6后端面贴合配合。导电板1.6包括三块弧形板1.61和设置于弧形板1.61两端的导电球1.62，移动板1.4的前端中部设置有安装槽1.41，中部沿径向设置有三个伸出杆1.42，后端中部设置有弹簧安装台1.43，每个伸出杆1.42与两个导电球1.62抵接配合。移动板1.4的后端设置有弹簧1.3，基座1.1的中部设置有弹簧定位台1.11，弹簧1.11的一端与移动板1.4的后端连接，另一端连接弹簧定位台1.11，导电板1.6、移动板1.4通过导线与二极管(1.7)串联相连，并通过两者的贴合与分离形成通断开关，二极管1.7的输出端与机床控制电路连接。

如图3所示，针对某陶瓷基复合材料异型深盲孔天线罩，本发明提出一种深盲孔罩体快速测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将深盲孔罩体快速测量装置1安装于机床2的机床主轴2.1上，将深盲孔天线罩体3安装于机床的固定工装2.2上，通过移动机床主轴2.1，使探针1.5找正顶点基准2.3，确定零件原点坐标；光电测量装置1通过机床2运动找正头部顶点基准2.3和大端面基准2.4不大于0.03mm，从而转换确定零件的加工坐标原点；

2)测量程序通过UG软件的测量程序功能，编制测量程序，通过程序控制机床，控制机床主轴2.1移动，使探针1.5触碰罩体3内腔表面，探针1.5受力后移，推动移动板1.4压缩弹簧1.3，移动板1.4的前端面与导电板1.6的后端面分离，二极管断路熄灭，向机床控制电路输出断路信号，机床控制电路记录探针1.5坐标值；

3)重复步骤2)逐点检测待测量的点位坐标值，在罩体3各截面测量若干点，形成测量点云数据。

本发明还提出一种深盲孔罩体快速测量装置的补偿加工方法，在实施测量方法步骤的基础上，还包括如下步骤：

4)点云数据处理：对采集的点云数据通过CREO软件的逆向设计功能，通过软件的数据特征挖掘、数据去噪，修补等处理技术，使测量数据经过逆向设计形成三维模型。

5)编制补偿程序：通过UG后置处理对步骤4)中建立的三维模型进行宏程序编制，通过编制宏程序调整加工参数和刀具磨损补偿。

6)补偿加工：对在机检测的罩体3进行补偿加工，

7)加工完成后再进行尺寸复检。重复步骤1)～6)直至满足罩体轮廓偏差不大于0.2mm，罩体壁厚尺寸偏差不大于0.1mm的条件。通过以上措施，使罩体3加工精度从0.2mm提高到0.05mm。

本发明提出的深盲孔罩体快速测量装置及其测量方法、补偿加工方法，采用探针在异型天线罩深腔表面移动，从而获得连续的零件表面点云数据，应用微分思想把接触测量时的曲面与曲面问题转化为点云问题来研究。针对天线罩表面每一位置的曲率不同，接触点位置不规律，提出了探针与实际接触点的映射原理：探针沿天线罩表面移动，形成探针中心连续的螺旋线轨迹，经采样得到一系列离散的中心点数据，再将所有数据点在经、纬两个方向上进行优化处理，使探针中心点在两垂直方向拟合成两条曲线，而曲线上各点的法向量所确定的法平面与探针相交所得圆和圆弧线的交点即为探针与被测曲面的接触点。根据这一原理可建立反求被测曲面廓形数据点的数学模型及算法，将探针中心点数据转化成零件表面廓形数据。利用CREO软件的逆向工程设计功能，对点云信息建模与快速处理，包括：数据特征挖掘、数据去噪、数据修补、数据精简等，后经过加工路径拓扑形状设计、加工路径参数优化、协调路径规划方法实现零件的加工补偿修复。

本发明加工精度较高，完全满足产品设计精度要求：天线罩轮廓偏差设计要求不大于0.4，实际不大于0.2；壁厚尺寸偏差设计要求不大于±0.15mm，实际不大于±0.1mm。本发明的处理方法可用于测量复杂内腔曲面和加工误差偏大的产品，也可以用于其他类似产品的加工控制。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种深盲孔罩体的补偿加工方法，其特征在于：所述方法采用快速测量装置的探针沿深盲孔罩体深腔表面移动，形成探针中心连续的螺旋线轨迹，经采样得到一系列离散的中心点数据，再将所有数据点在经、纬两个方向上进行优化处理，使探针中心点在两垂直方向拟合成两条曲线，而曲线上各点的法向量所确定的法平面与探针相交所得圆和圆弧线的交点即为探针与被测曲面的接触点，根据这一原理建立反求被测曲面廓形数据点的数学模型及算法，将探针中心点数据转化成零件表面廓形数据，利用CREO软件的逆向工程设计功能，对点云数据建模与快速处理，实现零件的加工补偿修复，包括如下步骤：

1)将深盲孔罩体快速测量装置(1)安装于机床主轴(2.1)上，将深盲孔天线罩体(3)安装于机床的固定工装(2.2)上，通过移动机床主轴(2.1)，使探针(1.5)找正顶点基准(2.3)，确定零件原点坐标；

所述深盲孔罩体快速测量装置(1)包括与机床主轴(2.1)同轴布置的基座(1.1)，所述基座(1.1)的后端嵌入机床主轴(2.1)，前端设置有安装盖(1.2)，所述安装盖(1.2)在基座(1.1)前端形成腔体结构，所述安装盖(1.2)的内腔前端设置有导电板(1.6)，所述安装盖(1.2)和导电板(1.6)的中部均设置有供探针(1.5)穿过的通孔，所述探针(1.5)的后端穿过安装盖(1.2)和导电板(1.6)、伸入设置于安装盖(1.2)内腔的移动板(1.4)，所述移动板(1.4)的前端面可与导电板(1.6)后端面贴合配合，所述移动板(1.4)的后端设置有弹簧(1.3)，所述基座(1.1)的中部设置有弹簧定位台(1.11)，所述弹簧(1.3)的一端与移动板(1.4)的后端连接，另一端连接弹簧定位台(1.11)，所述导电板(1.6)、移动板(1.4)通过导线与二极管(1.7)串联相连，并通过两者的贴合与分离形成通断开关，所述二极管(1.7)的输出端与机床控制电路连接；所述导电板(1.6)包括弧形板(1.61)和设置于弧形板(1.61)两端的导电球(1.62)，所述移动板(1.4)的前端中部设置有安装槽(1.41)，中部沿径向设置有伸出杆(1.42)，后端中部设置有弹簧安装台(1.43)，所述伸出杆(1.42)可与导电球(1.62)抵接配合；

2)控制机床主轴(2.1)移动，使探针(1.5)触碰罩体(3)内腔表面，探针(1.5)受力后移，推动移动板(1.4)压缩弹簧(1.3)，移动板(1.4)的前端面与导电板(1.6)的后端面分离，二极管(1.7)断路熄灭，向机床控制电路输出断路信号，机床控制电路记录探针(1.5)坐标值；

3)重复步骤2)逐点检测待测量的点位坐标值，形成测量点云数据；

4)对采集的测量点云数据进行数据后处理；数据后处理包括数据特征挖掘、数据去噪、数据修补、数据精简、对数据进行曲面拼接；

5)对所述经过数据后处理的测量点云数据编制加工宏程序；编制加工宏程序包括根据测量数学模型对加工路径进行拓扑形状设计、加工路径参数优化、刀具磨损补偿；

6)根据所述加工宏程序对在机检测的零件进行补偿加工。

2.根据权利要求1所述的深盲孔罩体的补偿加工方法，其特征在于：还包括复检步骤：重复步骤1)～6)直至罩体轮廓偏差不大于0.2mm，罩体壁厚尺寸偏差不大于0.1mm。

3.根据权利要求1所述的深盲孔罩体的补偿加工方法，其特征在于：所述导电板(1.6)包括三个弧形板(1.61)和六个导电球(1.62)，所述移动板(1.4)包括三个伸出杆(1.42)。

4.根据权利要求1所述的深盲孔罩体的补偿加工方法，其特征在于：所述探针(1.5)的前端为弧面，后端通过螺纹与移动板(1.4)连接。

5.根据权利要求1所述的深盲孔罩体的补偿加工方法，其特征在于：所述基座(1.1)的后端为锥形结构。