CN109556555B - 一种壁板制造误差快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种壁板制造误差快速检测装置及检测方法,所述装置包括标准卡板、标准型面、距离传感器和计算机；在所述标准卡板凹曲面的法线方向设置有多个通孔，用于安装所述距离传感器；所述距离传感器探头朝向所述标准卡板凹曲面一端安装，用于测量所述标准卡板凹曲面与壁板外型面之间的距离，即被测壁板制造误差；所述标准型面与所述标准卡板凹曲面贴合安装，用于对所述距离传感器校零；所述计算机4连接于所述距离传感器上，用于显示、处理所述距离传感器传输的数据。解决了壁板制造误差测量的精准度问题，可以有效减少人力的操作，能够更加高效快速检查大尺寸壁板的制造误差。

Description

一种壁板制造误差快速检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于壁板检测工装技术领域，具体涉及一种壁板制造误差快速检测装置及检测方法。

背景技术

大型飞机整体壁板具有高强度、重量轻、寿命长的特点，在满足强度结构和刚度的使用要求下，能够大量减少零件数量，减少装配误差，因而在航空航天领域得到广泛应用。

大尺寸整体壁板零件在制造过程中存在一定的制造误差，其误差是否满足装配的要求需要进一步检测。目前对于大尺寸壁板零件外形检测采用卡板和塞规配合，将壁板放置于一系列外形卡板上，使用塞规检测壁板外形与卡板之间的间隙，塞规可以通过，表示间隙过大尺寸不合格。由于大型壁板尺寸较大，需要一系列外形卡板，每个卡板与壁板配合后对应的间隙较多，因此需要较多人手检测，且因为每个人检测习惯不同，导致检测质量有差别。

文献1“授权公告号是CN103373476A中国发明专利”公开了一种飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装和检测加工方法。该柔性工装包括底座平台、控制单元、纵向定位装置、纵向滑动导轨、竖向施力装置、横向定位装置、竖向支撑装置。竖向施力装置、横向定位装置和竖向支撑装置由控制单元控制，实现对飞机机翼复合材料整体壁板形面检测加工。该发明通过柔性定位方法及工装实现了对多种不同大型复合材料整体壁板关键特征点的空间定位，缩短了壁板质量检验周期。但是由于该装置由控制单元控制，检测装置在导轨滑动，导轨滑动误差及装置与导轨配合误差导致检测精度降低。机翼整体壁板形状变化剧烈，所需测量装置量程大，因此精度会随量程增大降低。该方法中需要将测量数据处理后在CAD环境中与标准数模进行对比，操作复杂。

文献2“CN104482840A中国发明专利”公开了一种用于检测复合材料贴模间隙的施力装置，包括L形定位块、加力螺栓、限位螺母。限位螺母安装在L形定位块的底边上表面，该底边的下表面安装有调节螺母，该调节螺母的上法兰安装在安装孔内，紧贴调节螺母的上法兰，限位块安装在L形定位块的底边的下表面，L形定位块的底边设有安装孔，加力螺栓依次穿过限位螺母、安装孔以及调节螺母，与限位螺母、调节螺母螺纹连接。该装置及方法不需要采用手持检测的方式，而是采用便携式测力器的方式，节省人力，提高效率。但该装置检测复合材料壁板贴模间隙时，仍然是人工使用塞规进行检测，仍然效率较低，且因为不同检测人员测量习惯不同，检测质量有区别。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种壁板制造误差快速检测装置及检测方法,利用标准卡板和距离传感器的配合，根据壁板翼型线形状对距离传感器安装位置和数量进行调整，解决了壁板制造误差测量的精准度问题，可以有效减少人力的操作，能够更加高效快速检查大尺寸壁板的制造误差。

本发明的技术方案是：一种壁板制造误差快速检测装置，包括标准卡板和标准型面；其特征在于：还包括距离传感器和计算机；在所述标准卡板凹曲面的法线方向设置有n个通孔，用于安装所述距离传感器；所述距离传感器探头朝向所述标准卡板凹曲面一端安装，用于测量所述标准卡板凹曲面与壁板外型面之间的距离，即被测壁板制造误差；所述标准型面与所述标准卡板凹曲面贴合安装，用于对所述距离传感器校零；所述计算机连接于所述距离传感器上，用于显示、处理所述距离传感器传输的数据；

所述标准卡板凹曲面上的n个通孔位置设计方法如下：

步骤1：在所述标准卡板凹曲面上依次设置n个测量点，将所述标准卡板凹曲面一端的端头作为第一测量点A₀，其中第A_i和A_i-1测量点之间的圆心角计算公式如下：

其中，δ表示壁板检测标准规定的允许的壁板检测误差；R表示标准卡板翼型线各处的曲率半径，0＜θ≤40°，i＝0,1……n；

步骤2：根据步骤1计算得出的θ，能够确定所述标准卡板凹曲面上n个测量点的位置；

步骤3：所述n个通孔的中心轴和所述标准卡板凹曲面上n个测量点的法线重合，即确定出n个通孔的位置。

本发明的进一步技术方案是：所述距离传感器3的分辨率≤0.05mm。

本发明的进一步技术方案是：所述距离传感器采用接触式距离传感器、光纤距离传感器或声波距离传感器。

一种壁板制造误差快速检测方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：所述距离传感器校零：将所述标准型面安装于对应的所述标准卡板上，保证定位准确，在计算机上对所有距离传感器进行校零；

步骤二：被测壁板安装与定位：采用定位耳片将被测壁板在检测工装上进行定位，并检查壁板翼型线与所述标准卡板是否一一对应；

步骤三：间隙大小测量：所述距离传感器将测量数据传输到所述计算机上，所述计算机将所有距离传感器的数据进行处理，得到壁板翼型线的制造误差。

有益效果

本发明的技术效果在于：

本发明将距离传感器与现有标准卡板结合，不需要移动距离传感器就可以精确测量壁板制造误差，提高了测量精度；同时可以根据测量要求来合理设计距离传感器的分布密度，在保证测量精度前提下节省成本；通过计算机显示各个距离传感器的数据，在显示测量误差的同时定位误差的位置，避免因工人测量习惯和记录习惯的不同造成测量、记录误差，提高检测效率，更加快速高效检测大尺寸壁板制造误差。

当壁板翼型线曲率半径为500mm时，相邻测量点之间的角度θ取值为10°时，测量误差可以达到δ≤0.048mm。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明立体结构剖面图；

图3为本发明标准卡板通孔位置设置示意图；

图4为本发明标准卡板结构示意图；

图5为本发明标准型面结构示意图；

图6为本发明距离传感器(接触式距离传感器)示意图；

图7为本发明检测方法流程图。

附图标记说明：1-标准卡板；2-标准型面；3-距离传感器；5-部分壁板；6-壁板。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，本发明所提供的一种壁板制造误差快速检测装置，包括标准卡板1、标准型面2、距离传感器3、计算机4；

标准卡板1是呈扇形的板状结构，其上的两个圆弧面分别是内弧面和外弧面，内弧面的凹曲线按照壁板外型面各个翼型线形状(通常为凸曲线)分别进行加工，尺寸完全相同，且与相应壁板外型面翼型线完全贴合，用于测量飞机壁板制造误差。在标准卡板1凹曲面的法线方向设置有多个通孔，用于安装距离传感器3；距离传感器3探头朝向标准卡板1凹曲面一端安装，用于测量标准卡板1凹曲面与壁板外型面之间的距离，即被测壁板制造误差；距离传感器3安装位置和数量根据壁板形状和成形难度可以进行调整。

距离传感器3采用接触式距离传感器、光纤距离传感器或声波距离传感器。距离传感器3的分辨率≤0.05mm。

标准型面2的外形(凸曲线)按照壁板外型面翼型线分别进行加工，尺寸形状完全形同，标准型面2与标准卡板1凹曲面进行贴合后，对距离传感器3的校零。

所述计算机4连接于所述距离传感器上，用于显示、处理所述距离传感器传输的数据；

标准卡板1凹曲面上的n个通孔位置的设计方法如下：

步骤1：在所述标准卡板凹曲面上依次设置n个测量点，将所述标准卡板凹曲面一端的端头作为第一测量点A₀，其中第A_i和A_i-1测量点之间的圆心角计算公式如下：

其中，δ表示壁板检测标准规定的允许的壁板检测误差；R表示标准卡板翼型线各处的曲率半径，0＜θ≤40°，i＝0,1……n；

公式(1)的推导步骤如下：

参照图3，A₀和A₁表示两个测量点，弧A₀ A₁段表示标准卡板翼型线某一段弧线，角度θ表示两个测量点A₀和A₁之间的圆心角。当0＜θ≤40°时，可以认为弧AB段半径R相同。C表示被测壁板检测的最大误差，即弧AB中点与弦AB中点之间的距离，C的计算公式如下：

C＝R*[1-cos(θ/2)]＝R*[2*sin²(θ/4)] (2)

当0＜θ≤40°时，有sin²(θ/4)-(θ/4)²≤0.0005，则sin²(θ/4)≈(θ/4)²，因此，有

C＝R(θ²/8) (3)

令检测误差C最大值不超过δ，则有

步骤2：根据步骤1计算得出的θ，能够确定所述标准卡板凹曲面上n个测量点的位置；

步骤3：所述n个通孔的中心轴和所述标准卡板凹曲面上n个测量点的法线重合，即确定出n个通孔的位置。

其中，δ表示壁板检测标准规定的允许的壁板检测误差；当壁板检测误差要求δ确定后，利用公式(1)并根据被测壁板翼型线各处的曲率半径R可以算出所述标准卡板上相邻两个所述通孔的夹角，进一步确定所述标准卡板上通孔的数量，同时也确定了相邻所述距离传感器的夹角和距离传感器的数量。

当壁板翼型线曲率半径为500mm时，测量点之间的角度θ取值为10°时，测量误差可以达到δ≤0.048mm。

本发明还提供一种壁板壁板制造误差快速检测方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：所述距离传感器校零：将所述标准型面安装于对应的所述标准卡板上，保证定位准确，在计算机上对所有距离传感器进行校零；

步骤二：被测壁板安装与定位：采用定位耳片将被测壁板在检测工装上进行定位，并检查壁板翼型线与所述标准卡板是否一一对应；

步骤三：间隙大小测量：所述距离传感器将测量数据传输到所述计算机上，所述计算机将所有距离传感器的数据进行处理，得到壁板翼型线的制造误差。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种壁板制造误差快速检测装置，包括标准卡板和标准型面；其特征在于：还包括距离传感器和计算机；在所述标准卡板凹曲面的法线方向设置有n个通孔，用于安装所述距离传感器；所述距离传感器探头朝向所述标准卡板凹曲面一端安装，用于测量所述标准卡板凹曲面与壁板外型面之间的距离，即被测壁板制造误差；所述标准型面与所述标准卡板凹曲面贴合安装，用于对所述距离传感器校零；所述计算机连接于所述距离传感器上，用于显示、处理所述距离传感器传输的数据；

所述标准卡板凹曲面上的n个通孔位置设计方法如下：

步骤1：在所述标准卡板凹曲面上依次设置n个测量点，将所述标准卡板凹曲面一端的端头作为第一测量点A₀，其中第A_i和A_i-1测量点之间的圆心角计算公式如下：

其中，δ表示壁板检测标准规定的允许的壁板检测误差；R表示标准卡板翼型线各处的曲率半径，0＜θ≤40°，i＝0,1……n；

步骤2：根据步骤1计算得出的θ，能够确定所述标准卡板凹曲面上n个测量点的位置；

步骤3：所述n个通孔的中心轴和所述标准卡板凹曲面上n个测量点的法线重合，即确定出n个通孔的位置；

所述距离传感器的分辨率≤0.05mm。

2.根据权利要求1所述壁板制造误差快速检测装置，其特征在于：所述距离传感器采用接触式距离传感器、光纤距离传感器或声波距离传感器。

3.一种使用权利要求1所述壁板制造误差快速检测装置进行的壁板制造误差快速检测方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：所述距离传感器校零：将所述标准型面安装于对应的所述标准卡板上，保证定位准确，在计算机上对所有距离传感器进行校零；

步骤二：被测壁板安装与定位：采用定位耳片将被测壁板在检测工装上进行定位，并检查壁板翼型线与所述标准卡板是否一一对应；

步骤三：间隙大小测量：所述距离传感器将测量数据传输到所述计算机上，所述计算机将所有距离传感器的数据进行处理，得到壁板翼型线的制造误差。

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