CN108007389B - 用于壁板制孔的高精度法向测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于壁板制孔的高精度法向测量装置及测量方法，包括支撑气缸、压脚、调节块、传感器安装座、连接板、排屑通道、负压密封圈、复位弹簧以及多个激光位移传感器，其中：支撑气缸和压脚同轴设置；压脚安装在调节块上；调节块与传感器安装座活动连接；传感器安装座上安装有多个激光位移传感器；传感器安装座处配有用于排屑的排屑通道；负压密封圈安装于连接板上；连接板和调节块之间安装有复位弹簧。本发明集成了法向测量功能、排屑功能、微量润滑功能；结构简单、紧凑，并且便于拆卸与维护；支撑气缸能够在法向测量时保证压脚的稳定性，相比于四点整体压脚，本发明能够在保证压脚稳定性的同时保证压脚端面距离工件表面位置恒定。

Description

用于壁板制孔的高精度法向测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种制孔法向测量技术，特别是涉及一种用于壁板制孔的高精度法向测量装置及测量方法。
背景技术
在壁板自动钻铆装配过程中，制孔垂直度是影响连接质量的重要因素，研究表明，当孔的垂直度超过2°时，其连接强度降低47％。因此，高精度、高可靠的法向测量技术对于提高连接强度十分必要。尽管目前出现了很多法向测量装置及方法，但这些技术大多精度差、可靠性低，无法满足实际加工的需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于壁板制孔的高精度法向测量装置及测量方法。
根据本发明提供的一种用于壁板制孔的高精度法向测量装置，包括支撑气缸、压脚、调节块、传感器安装座、连接板、排屑通道、负压密封圈、复位弹簧以及多个激光位移传感器，其中：所述支撑气缸和所述压脚同轴设置；所述压脚安装在调节块上；所述调节块与传感器安装座活动连接；所述传感器安装座上安装有多个激光位移传感器；所述传感器安装座处配有用于排屑的排屑通道；所述负压密封圈安装于所述连接板上；所述连接板和调节块之间安装有复位弹簧。
优选地，还包括微量润滑与低温风冷接口，所述微量润滑与低温风冷接口通过管接头安装于所述传感器安装座上；所述微量润滑与低温风冷接口用于接入微量润滑和低温风冷。
优选地，还包括保护罩，所述保护罩安装在所述连接板上，所述保护罩用于包裹所述激光位移传感器的路线。
根据本发明提供的用于壁板制孔的高精度法向测量方法，包括如下步骤：
步骤1：通过激光跟踪仪标定激光位移传感器的安装位置；设激光位移传感器的零点位置为(yi,zi),i＝1,2,3，且激光方向平行于所述压脚轴线方向；
步骤2：采用大理石测量平面作为标定板，则标定板的平面方程可用激光追踪仪测量并拟合得到，设拟合的标定板的平面方程为ax+by+cz＝d,且压脚端面至调节块上的测量平面距离为x0，激光位移传感器的测量数值为Δxi,i＝1,2,3,因此激光光斑坐标满足平面方程，通过2个基准平面实现激光位移传感器的标定；以传感器S1为例，激光光斑满足平面方程，则有
Figure GDA0002607356010000021
Figure GDA0002607356010000022
同理，可实现其他激光位移传感器的标定；
步骤3：基于向量叉积法实现法向测量，在法向测量时，设激光读数为Δxi,i＝1,2,3，则光斑坐标为Si(Δxi,yi,zi),i＝1,2,3。根据向量叉积，可计算出调节块的法向，也就是工件的法向：
Figure GDA0002607356010000023
设
m＝(y3-y1)(z2-z1)-(y2-y1)(z3-z1)
n＝(Δx3-Δx1)(z2-z1)-(Δx2-Δx1)(z3-z1)，
l＝(Δx3-Δx1)(y2-y1)-(y3-y1)(Δx2-Δx1)
则工件法向向量为：
Figure GDA0002607356010000024
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明集成了法向测量功能、排屑功能、微量润滑功能；结构简单、紧凑，并且便于拆卸与维护；
2、本发明的支撑气缸能够在法向测量时保证压脚的稳定性，相比于四点整体压脚，本发明能够在保证压脚稳定性的同时保证压脚端面距离工件表面位置恒定，从而保证锪窝深度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明提供的高精度法向测量装置的实施例结构图；
图2是本发明提供的高精度法向测量装置的实施例剖面图；
图3是本发明提供的高精度法向测量装置的实施例爆炸图；
图4是本发明提供的高精度法向测量装置的第一标定辅助图；
图5是本发明提供的高精度法向测量装置的第二标定辅助图；
图6是本发明提供的高精度法向测量方法的计算几何图。
图中示出：
气缸挡块 1
气缸缸体 2
触脚 3
驱动套筒 4
压脚 5
弹簧拉柱 6
球状调节块 7
保护罩 8
激光位移传感器 9
安装座 10
拉伸弹簧 11
集成管接头 12
负压密封圈 13
第一管接头 14
第二管接头 15
第三管接头 16
连接板 17
排屑通道 18
保护罩 19
安装支架 20
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图6所示，根据本发明提供的用于壁板制孔的高精度法向测量装置，包括气缸挡块1、气缸缸体2、触脚3、驱动套筒4、压脚5、弹簧拉柱6、球状调节块7、保护罩8、激光位移传感器9、安装座10、拉伸弹簧11、集成管接头12、负压密封圈13、第一管接头14、第二管接头15、第三管接头16、连接板17、排屑通道18、保护罩19以及安装支架20，其中：
所述气缸挡块1安装在气缸缸体2上，气缸挡块1能够限制驱动套筒4伸出时的行程，触脚3安装在驱动套筒4上，用于保持测量时压脚5的稳定性，防止压脚5左右摇摆；压脚5安装在球状调节块7上，球状调节块7与压脚5同时调整；弹簧拉柱6均匀分布在球状调节块7的四周，弹簧拉柱6上连接拉伸弹簧11实现压脚5姿态的复位；保护罩8安装在连接板17上，防止制孔时切屑对测量精度造成影响；三个激光位移传感器9安装在安装座10上，用于测量球状调节块7的调整量；微量润滑与低温风冷通过集成管接头12安装在安装座10上，能够使得微量润滑液喷涂在制孔刀具上；负压密封圈13安装在连接板17上，使得制孔时与刀柄贴合密封便于除屑；第一管接头14连接驱动气缸的气路，第二管接头15连接低温风冷气路，第三管接头16输入冷却液，排屑通道18与工业吸尘器连接，实现切屑的排除；保护罩19用于包裹传感器线路，安装支架20用于固定激光位移传感器9的接头。
根据本发明提供的用于壁板制孔的高精度法向测量方法，包括高精度法向传感器位置标定及基于叉积方式的法向向量求解。具体步骤如下：
步骤1：通过同轴度工装设定零位，当压脚圆柱中心与连接板处的圆柱中心同轴时，设置此位置的激光位移传感器数值为零，并通过激光跟踪仪在此位置建立坐标系，设此时各激光位移传感器的位置坐标为(yi,zi),i＝1,2,3。
步骤2：保持法向测量装置位置不变，用大理石测量板以一定角度贴合法向测量装置的压脚，贴合完成后通过激光跟踪仪测量大理石测量板，并通过最小二乘法拟合得到大理石平板的平面方程aix+biy+ciz＝di，设此时激光位移传感器的数值为Δxi,i＝1,2,3，球状调节块上的测量平面到压脚端面的距离为x0，激光光斑的坐标为Si(Δxi,yi,zi),i＝1,2,3，因此可以得到方程1：
Figure GDA0002607356010000051
步骤3：调整大理石的角度，重复步骤2，可以得到方程2：
Figure GDA0002607356010000052
联立方程1和方程2，则可以求得各激光位移传感器的安装位置，以激光位移传感器S1为例，则有：
Figure GDA0002607356010000053
Figure GDA0002607356010000054
同理，可求得激光位移传感器S2和激光位移传感器S3的安装位置，实现激光位移传感器的高精度标定。
步骤4：法向测量原理通过向量叉积的方式可以实现，测量工件时，设传感器的数值为Δxi,i＝1,2,3，则激光传感器在测量平面的光斑坐标为Si(Δxi,yi,zi),i＝1,2,3，从而可求得法向向量为：
Figure GDA0002607356010000061
设
m＝(y3-y1)(z2-z1)-(y2-y1)(z3-z1)
n＝(Δx3-Δx1)(z2-z1)-(Δx2-Δx1)(z3-z1)
l＝(Δx3-Δx1)(y2-y1)-(y3-y1)(Δx2-Δx1)，
则工件法向向量可表示为：
Figure GDA0002607356010000062
从而可获得工件的真实法向。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种用于壁板制孔的高精度法向测量方法，其特征在于，所述法向测量方法基于用于壁板制孔的高精度法向测量装置实现，所述用于壁板制孔的高精度法向测量装置包括支撑气缸、压脚、调节块、传感器安装座、连接板、排屑通道、负压密封圈、复位弹簧以及多个激光位移传感器，其中：所述支撑气缸和所述压脚同轴设置；所述压脚安装在调节块上；所述调节块与传感器安装座活动连接；所述传感器安装座上安装有多个激光位移传感器；所述传感器安装座处配有用于排屑的排屑通道；所述负压密封圈安装于所述连接板上；所述连接板和调节块之间安装有复位弹簧，所述法向测量方法包括如下步骤：
步骤1：通过激光跟踪仪标定激光位移传感器的安装位置；设激光位移传感器的零点位置为(yi,zi),i＝1,2,3，且激光方向平行于所述压脚轴线方向；
步骤2：采用大理石测量平面作为标定板，则标定板的平面方程可用激光追踪仪测量并拟合得到，设拟合的标定板的平面方程为ax+by+cz＝d,且压脚端面至调节块上的测量平面距离为x0，激光位移传感器的测量数值为Δxi,i＝1,2,3,因此激光光斑坐标满足平面方程，通过2个基准平面实现激光位移传感器的标定；以传感器S1为例，激光光斑满足平面方程，则有
Figure FDA0002607353000000011
Figure FDA0002607353000000012
同理，可实现其他激光位移传感器的标定；
步骤3：基于向量叉积法实现法向测量，在法向测量时，设激光读数为Δxi,i＝1,2,3，则光斑坐标为Si(Δxi,yi,zi),i＝1,2,3；根据向量叉积，可计算出调节块的法向，也就是工件的法向：
Figure FDA0002607353000000021
设
Figure FDA0002607353000000022
则工件法向向量为：
Figure FDA0002607353000000023
2.根据权利要求1所述的用于壁板制孔的高精度法向测量方法，其特征在于，还包括微量润滑与低温风冷接口，所述微量润滑与低温风冷接口通过管接头安装于所述传感器安装座上；所述微量润滑与低温风冷接口用于接入微量润滑和低温风冷。
3.根据权利要求1所述的用于壁板制孔的高精度法向测量方法，其特征在于，还包括保护罩，所述保护罩安装在所述连接板上，所述保护罩用于包裹所述激光位移传感器的路线。
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