CN110006339A - 一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 - Google Patents
一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110006339A CN110006339A CN201910228118.2A CN201910228118A CN110006339A CN 110006339 A CN110006339 A CN 110006339A CN 201910228118 A CN201910228118 A CN 201910228118A CN 110006339 A CN110006339 A CN 110006339A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- target ball
- measurement
- coordinate
- measured
- robot
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 108
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 17
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 12
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 12
- 210000005252 bulbus oculi Anatomy 0.000 claims description 10
- 239000012636 effector Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 9
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 4
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 244000062793 Sorghum vulgare Species 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract 1
- 235000019713 millet Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000004033 diameter control Methods 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
- G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
- G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines
- G01B11/007—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines feeler heads therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统，用于天线反射器碳纤维复合材料模具机械加工过程中型面精度的测量，基于激光跟踪仪和机器人集成测量系统的测量数据的快速获取和分析，针对现有技术测量过程中复材模具搬运次数多、测量精度受机床轴系误差影响大等缺点，解决了复材模具加工、检测之间的搬运问题，同时使用独立于机床的测量设备，使复材模具型面测量评价客观真实，通过模具抛物面型面点云的高效自动采样解决了逐点触测耗时长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统，属于精度测量领域。
背景技术
随着大口径卫星天线系统对型面天线反射面的型面精度要求的大幅度提高，对其成型模具的要求也相应提高，而复材模具与天线反射器产品的热物理性能具有天然的一致性，是大口径天线反射器成型的优选模具。大口径复合材料模具的研制方法主要是通过树脂母模翻模直接成型，成型精度达到0.05mm RMS 后很难进一步提高，因此需通过研抛加工进一步提高复材模具型面精度，即利用型面测量数据指导型面分区域研抛加工，从而实现复材模具的高效修形。因此，模具加工过程中的型面精度测量至关重要。
目前，针对大口径高精度复材模具型面的检测方法主要是基于三坐标测量机的离线检测或基于高精度加工机床检测系统的在线检测。环境的温度及湿度等因素对三坐标测量机的测量结果影响较大，因此三坐标测量机需与研抛设备隔离并位于温湿度较为恒定的机房内。基于三坐标测量机的离线检测需要在研磨后卸下装夹，将复材模具由研抛设备搬运至三坐标测量机重新装夹，测量并出具测量结果后将复材模具再重新搬运至研抛设备装夹固定，以测量结果指导研抛设备进行精确研磨。为得到满足型面精度要求的复材模具，以上过程需多次往复。多次搬运及多次装夹会降低测量数据对研抛加工指导的准确性，进而对模具的研抛加工精度、测量效率等产生较大影响。三座标测量机测量原理为逐点触测，测量时长随着测点的增多而明显增加，这也是制约其测量效率的重要因素。基于高精度加工机床检测系统的在线检测对模具的研抛过程进行监测，复材模具在研抛设备上完成研抛后，不需要改变复材模具装夹状态，由研抛设备将研抛刀具替换为测量头，利用机床自身的加工轴带动测量头对复材模具型面进行测量。基于高精度加工机床检测系统的在线检测虽避免了复材模具在研抛设备及测量机之间的搬运及装夹问题，但其测量精度受机床精度影响，对机床自身的运动精度要求较高，且测量和加工使用相同的评价标准，难以得到客观真实的加工效果评判。此外，基于三坐标测量机的离线检测和基于高精度加工机床检测系统的在线检测均使用通用数据处理软件进行型面精度解算，通用数据处理软件解算流程及操作复杂，对人员要求高，且不能获得限定条件下的最优解。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有技术测量过程中复材模具搬运次数多、测量精度受机床轴系误差影响大、逐点触测耗时长等缺点，提出一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，步骤如下：
(1)获取待测量复材模具制作用三维模型，并建立三维模型工件坐标系，并在三维模型表面预设待测量点；
(2)根据步骤(1)预设待测量点确定六自由度机器人于工件坐标系内的测量路径；
(3)将待测量复材模具装配到位后，建立六自由度机器人基坐标系，获取机器人基坐标系及工件坐标系的坐标转换矩阵，将步骤(2)所得测量路径转换为基坐标系下的靶球测量路径；
(4)根据步骤(3)所得基坐标系下六自由度机器人的靶球测量路径，调整工业六自由度机器人机械臂姿态进行模具型面在位测量；
(5)获取基坐标系下，沿六自由度机器人的靶球测量路径在位测量的实测点坐标，同时将工件坐标系下预设待测量点坐标转换至基坐标系靶球球心运动点，根据实测点坐标及基坐标系靶球球心运动点坐标计算型面精度。
在步骤(5)中，计算型面精度后，根据具体型号任务判断精度是否满足需求，若型面精度不满足需求时，根据测量路径上所有实测点坐标及基坐标系靶球球心运动点坐标，选取局部修形区域及修形数据，进而指导研抛加工。
所述靶球测量路径确定方法为：根据步骤(3)中坐标转换矩阵将步骤(2) 所得工件坐标系内的测量路径转换为基坐标系下的测量路径，同时根据该测量路径中待测量点的坐标，沿每一个待测量点切平面的法线方向平移固定距离后获得机械臂末端靶球球心运动点，利用所有靶球球心运动点获取靶球球心轨迹，所述靶球球心轨迹即为靶球测量路径。
所述平移固定距离长度为靶球半径。
所述工业六自由度机器人机械臂姿态调整通过下述方式实现：
根据靶球测量路径，基于机器人DH运动学模型进行逆解算将靶球测量路径通过机器人逆运动算法解算六自由度机器人各个关节于各个测量点间移动所需的转动角度，进行测量过程中的工业六自由度机器人机械臂姿态调整。
所述步骤(3)中机器人基坐标系及工件坐标系的坐标转换矩阵T为：
式中，θ为坐标间旋转角，(a,b,c)为转换基准旋转轴，(t1,t2,t3)为转换所需平移向量。
所述步骤(5)中型面精度指标包括最大偏差dmax、最小偏差dmin及型面精度均方根drms，计算方法如下：
dmax＝max{d1，d2…dn}＝max{(p1-q1),(p2-q2)…(pn-qn)}
dmin＝min{d1，d2…dn}＝min{(p1-q1),(p2-q2)…(pn-qn)}
式中，n为测量点总个数；
{p1，p2…pn}分别为n个测量点的实测三维坐标，pi为第i个测量点的实测三维坐标；
{q1，q2…qn}分别为n个测量点的靶球球心运动点坐标，qi为第i个测量点的靶球球心运动点坐标；
{d1，d2…dn}分别为n个测量点实测三维坐标与其对应理论三维坐标的偏差， di为第i个测量点实测三维坐标与靶球球心运动点坐标的偏差。
所述工件坐标系的选取方法为：
以待测量模具型面底面边缘确定的拟合圆圆心为原点O，模具型面底面为 XOY平面，法线方向为Z1轴；
所述基座坐标系的选取方法为：
利用机械臂末端靶球绕工业六自由度机器人A1轴旋转一周获取拟合圆C1，以工业六自由度机器人A2轴旋转一周获取拟合圆C2，以垂直拟合圆C1平面正方向作为Z2轴，以拟合圆C1与拟合圆C2交线为X2轴方向，以拟合圆C1 圆心作为坐标原点，根据右手定则确定Y2轴。
一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，包括工业六自由度机器人1、末端执行器2、激光跟踪仪3、待测量复材模具4、执行计算机5，用于夹持测量用靶标的末端执行器2固定连接于工业六自由度机器人1的机械臂末端，并在执行计算机5控制下随机械臂沿预设测量路径移动，所述待测量复材模具4为抛物面面型模具，测量时安装于工业六自由度机器人1机械臂下方，用于获取实际测量点信息的激光跟踪仪3设置于待测量复材模具4侧方，并将获取的实际测量点信息储存至执行计算机5，其中，所述执行计算机5根据测量前预设测量点坐标确定预设测量路径，并在测量时通过激光跟踪仪3接收实际测量点信息，根据测量所得实际测量点、靶球球心运动点坐标计算型面精度。
所述末端执行器2包括连接法兰21、弹簧套22、弹簧23、测量杆24、夹持关节25、靶球夹持器26，所述弹簧套22下表面与连接法兰21上表面紧贴并固定，所述测量杆24穿过连接法兰21、弹簧套22中心位置，同时通过设置于测量杆24上的限位槽进行固定，用于避免靶球对模具型面造成损伤的弹簧 23安装于测量杆24与弹簧套22内壁间，夹持靶球的靶球夹持器26通过夹持关节25连接于测量杆24端头。
所述待测量复材模具4型面放置于工业六自由度机器人1的运动范围和激光跟踪仪3的可视范围内，同时保证工业六自由度机器人1、激光跟踪仪3、待测量复材模具4之间的相对位置关系在测量过程中保持恒定不变。
所述靶球于测量路径上的运动方向始终与待测量复材模具4表面相切，运动时靶球始终与复材模具接触，在靶球运动过程中实现实时采样。
所述执行计算机5根据预设待测量点坐标确定靶球测量路径，并根据靶球测量路径控制工业六自由度机器人1机械臂带动末端执行器2进行待测量复材模具4的在位测量，在任意一待测量点测量完毕后，再根据靶球球心轨迹进行逆解算得到机器人各个关节所需转动的角度，进行工业六自由度机器人机械臂姿态调整，同时通过激光跟踪仪3获取实际测量点信息，并根据测量所得实际测量点、靶球球心运动点坐标计算型面精度。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统，能够使复材模具在同一状态下接受研抛加工和型面精度检测，检测结果指出局部修形区域及修形数据，检测结果有效地指导研抛加工，能够有效提高复材模具的加工效率及加工精度；
(2)本发明中提出的测量方法，于测量前利用三维模型预设待复材模具表面的待测量点，通过待测量点坐标规划待测量路径，测量时利用工业六自由度机器人实现测点的高效自动采集，且利用激光跟踪仪的高精度扫描测量特性，有效提高大口径模具型面的采样效率。测量后进行特定在位测量数据处理，以抛物面性质为基础，算法流程清晰，操作步骤少，提高了数据处理效率。
附图说明
图1为发明提供的测量系统硬件构成图；
图2为发明提供的测量系统末端执行器结构示意图；
图3为发明提供的数据实测对比图；
图4为发明提供的轨迹规划过程示意图；
具体实施方式
一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，具体步骤如下：
(1)获取待测量复材模具制作用三维模型，并建立三维模型工件坐标系，并在三维模型表面预设待测量点；
(2)根据步骤(1)预设待测量点确定六自由度机器人于工件坐标系内的测量路径；
(3)将待测量复材模具装配到位后，建立六自由度机器人基坐标系，获取机器人基坐标系及工件坐标系的坐标转换矩阵，将步骤(2)所得测量路径转换为基坐标系下的靶球测量路径；
(4)根据步骤(3)所得基坐标系下六自由度机器人的靶球测量路径，调整工业六自由度机器人机械臂姿态进行模具型面在位测量；
(5)获取基坐标系下，沿六自由度机器人的靶球测量路径在位测量的实测点坐标，同时将工件坐标系下预设待测量点坐标转换至基坐标系预设测量点坐标，根据实测点坐标及基坐标系靶球球心运动点坐标计算型面精度。
一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，如图1所示，通过使用包括工业六自由度机器人1，末端执行器2，激光跟踪仪3，待测量复材模具5 的在位测量系统，布置各硬件系统，将激光跟踪仪3放置在工业六自由度机器人1一侧的固定位置，保证所有被测对象在其可视范围内，同时将复材模具4 型面放置在工业六自由度机器人1的运动范围和激光跟踪仪3的可视范围内，保证工业六自由度机器人1、激光跟踪仪3、待测量复材模具4之间的相对位置关系在整个测量过程中保持恒定不变，完成待测量模具的型面精度测试。
测量所使用的精度测量系统，用于夹持测量用靶标的末端执行器2固定连接于工业六自由度机器人1的机械臂末端，并随机械臂沿靶球测量路径移动，所述待测量复材模具4为抛物面型面模具，测量时安装于工业六自由度机器人 1机械臂下方，用于获取实际测量点信息的激光跟踪仪3设置于待测量复材模具4另一端，并将获取的实际测量点信息储存至执行计算机5，其中，所述执行计算机5根据测量前预设测量点坐标确定靶球测量路径，并在测量时沿靶球测量路径于待测量复材模具4球面进行在位实测，根据测量所得实际测量点、靶球球心运动点坐标计算型面精度；
其中，如图2所示，所述末端执行器2包括连接法兰21、弹簧套22、弹簧23、测量杆24、夹持关节25、靶球夹持器26，所述弹簧套22下表面与连接法兰21上表面紧贴并靠螺钉进行固定，所述测量杆24穿过连接法兰21、弹簧套22中心位置，同时通过设置于测量杆24中部的限位槽进行固定，用于避免靶球对模具型面造成损伤的弹簧23安装于测量杆24与弹簧套22内壁间，夹持靶球的靶球夹持器26通过夹持关节25连接于测量杆24端头。
其中，所述机器人路径规划的具体操作如下：
为了保证机器人携带激光跟踪仪靶球沿着天线反射器复材模具表面轨迹运动，且整个测量过程靶球始终与天线反射器复材模具相切，需要进一步规划激光跟踪仪靶球球心的轨迹，规划过程如图4所示，控制机械臂于所述步骤3中基坐标系下的测量路径上，沿每一个待测量点切平面的法线方向平移固定距离后获得机械臂末端靶球球心运动点，将所有靶球球心运动点连接获取靶球球心轨迹，所述靶球球心轨迹即为靶球测量路径，其中，平移距离等于所使用激光跟踪仪靶球半径，即激光跟踪仪靶球球心的轨迹。
为了将激光跟踪仪靶球球心的轨迹转化为机器人各个关节运动的角度值，首先采用DH模型的方法建立6自由度串联机器人运动学模型，相邻关节坐标系之间的位姿转换关系如下：
由此可得机器人末端法兰盘坐标系相对于机器人基坐标系的位置关系如下：
然后，基于机器人DH运动学模型，将激光跟踪仪靶球球心轨迹通过机器人逆运动算法解算机器人各个关节所需转动的角度，即为在测量过程中，六自由度机器人机械臂的姿态调整，由于本专利采用的机器人满足Pieper准则(机器人4、5、6轴关节的轴线交于一点)，可以求出机器人关节角度值的封闭解
这里的DH方法和机器人逆运动学的详细推导过程可以通过《机器人学导论》2006年机械工业出版社，作者为John J.Craig，ISBN9787111186816等相关文献查阅。
所述工件坐标系的选取方法为：
利用靶球绕模具型面底面边缘移动一周，以拟合圆圆心为原点O，模具型面底面为XOY平面，法线方向为Z1轴；
所述基座坐标系的选取方法为：
利用机械臂末端靶球绕工业六自由度机器人(1)A1轴旋转一周获取拟合圆C1，再利用靶球绕工业六自由度机器人(1)A2轴旋转一周获取拟合圆C2，以垂直拟合圆C1平面正方向作为Z2轴，以拟合圆C1与拟合圆C2交线为X2 轴方向，以拟合圆C1圆心作为坐标原点，根据右手定则确定Y2轴。
完成型面精度测量的具体步骤如下：
(a1)获取待测量复材模具5制作用三维模型，模拟该三维模型于待测量复材模具5装配位置装配完成情况，并建立三维模型工件坐标系，并在三维模型表面预设待测量点；
其中，制作用三维模型即为标准的模具模型，以该模型确定预设测量点再进行后续测量；
(a2)根据步骤(a1)预设的待测量复材模具5表面的待测量点，通过待测量点的三维模型坐标确定待测量点的测量路径；
(a3)建立工业六自由度机器人1机器人基坐标系，获取机器人基坐标系及工件坐标系间的坐标转换矩阵；
其中，转换矩阵通式为：
式中，θ为旋转角，(a,b,c)为旋转轴，(t1,t2,t3)为的平移向量。
(a4)根据步骤(a3)所得机器人基坐标系及工件坐标系间的坐标转换矩阵对预设待测量点于工件坐标系下的三维模型坐标进行转换，获取基坐标系下的测量路径，同时根据该测量路径中待测量点的坐标，沿每一个待测量点切平面的法线方向平移固定距离后获得机械臂末端靶球球心运动点，将所有靶球球心运动点连接获取靶球球心轨迹，所述靶球球心轨迹即为靶球测量路径，再沿着靶球测量路径进行模具型面在位测量；
(a5)获取模具型面在位测量后所得机器人基坐标系下的靶球球心运动点的实际点位坐标，并将所有点位坐标转换为工件坐标系下的实际点位坐标，计算型面精度指标，并根据具体型号任务判断精度是否满足需求；同时，实测点数量与靶球球心运动点数量相同，实测点均位于根据靶球球心运动点所得的靶球测量路径上。
在实际测量过程中，靶球球心运动点是由不同坐标系下的预设测量点通过转换矩阵转换，再根据靶球实际参数获得的，测量过程中，靶球始终紧贴模具型面，当测量频率较高时，实际测量点数量会大于等于靶球球心运动点，此时进行后续计算需要选取实际测量点、与实际测量点最接近的靶球球心运动点进行计算。
其中，所述型面精度指标包括包括最大偏差dmax、最小偏差dmin及型面精度均方根drms，计算方法如下：
dmax＝max{d1，d2…dn}＝max{(p1-q1),(p2-q2)…(pn-qn)}
dmin＝min{d1，d2…dn}＝min{(p1-q1),(p2-q2)…(pn-qn)}
式中，n为测量点总个数，其中选取个数与被测量的反射器口径及点间距要求有关；
{p1，p2…pn}分别为n个测量点的实测三维坐标，pi为第i个测量点的实测三维坐标；
{q1，q2…qn}分别为n个测量点的靶球球心运动点三维坐标，qi为第i个测量点的理论三维坐标；
{d1，d2…dn}分别为n个测量点实测三维坐标与其对应理论三维坐标的偏差， di为第i个测量点实测三维坐标与理论三维坐标的偏差。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
如图3所示，根据具体型号任务，能够根据实际需求进行重要参数的设置，同时在试验过程中，可以进一步进行在线的数据修正，进行数据比对及计算，需在复材模具的三维模型上预设待测量点2924个，部分靶球球心运动点理论坐标值为：
| 序号 | X坐标(mm) | Y坐标(mm) | Z坐标(mm) |
| 1 | -68.1360207 | 274.766871 | 1062.824128 |
| 2 | -58.14319261 | 274.4629254 | 1062.827514 |
| 3 | -48.1493078 | 274.196971 | 1062.810774 |
| 4 | -38.15337774 | 273.96766 | 1062.771292 |
| 5 | -28.15821646 | 273.7738412 | 1062.7067 |
| 6 | -18.15870949 | 273.6145852 | 1062.615297 |
| 7 | -8.1629624 | 273.4932204 | 1062.503355 |
| 8 | 1.834042141 | 273.4096178 | 1062.370716 |
| 9 | 11.82935032 | 273.3622882 | 1062.214476 |
| 10 | 21.82565916 | 273.3504264 | 1062.033051 |
| 11 | 31.82475384 | 273.3729615 | 1061.824265 |
| 12 | 41.81765017 | 273.4362139 | 1061.600666 |
| 13 | 51.81308716 | 273.5350902 | 1061.352089 |
| 14 | 61.80422989 | 273.6680221 | 1061.07579 |
| 15 | 71.79655385 | 273.8389432 | 1060.779153 |
根据上述理论坐标值进行机械臂路径规划后，进行型面精度测量，得到部分测量点实测坐标如下：
根据型面精度指标计算公式可得具体指标如下：
dmax＝0.0848mm
dmin＝-0.0678mm
drms＝0.0234mm
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (13)
1.一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于步骤如下：
(1)获取待测量复材模具制作用三维模型，并建立三维模型工件坐标系，并在三维模型表面预设待测量点；
(2)根据步骤(1)预设待测量点确定六自由度机器人于工件坐标系内的测量路径；
(3)将待测量复材模具装配到位后，建立六自由度机器人基坐标系，获取机器人基坐标系及工件坐标系的坐标转换矩阵，将步骤(2)所得测量路径转换为基坐标系下的靶球测量路径；
(4)根据步骤(3)所得基坐标系下六自由度机器人的靶球测量路径，调整工业六自由度机器人机械臂姿态进行模具型面在位测量；
(5)获取基坐标系下，沿六自由度机器人的靶球测量路径在位测量的实测点坐标，同时将工件坐标系下预设待测量点坐标转换至基坐标系靶球球心运动点，根据实测点坐标及基坐标系靶球球心运动点坐标计算型面精度。
2.根据权利要求1所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：
在步骤(5)中，计算型面精度后，根据具体型号任务判断精度是否满足需求，若型面精度不满足需求时，根据测量路径上所有实测点坐标及基坐标系靶球球心运动点坐标，选取局部修形区域及修形数据，进而指导研抛加工。
3.根据权利要求1所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：
所述靶球测量路径确定方法为：根据步骤(3)中坐标转换矩阵将步骤(2)所得工件坐标系内的测量路径转换为基坐标系下的测量路径，同时根据该测量路径中待测量点的坐标，沿每一个待测量点切平面的法线方向平移固定距离后获得机械臂末端靶球球心运动点，利用所有靶球球心运动点获取靶球球心轨迹，所述靶球球心轨迹即为靶球测量路径。
4.根据权利要求1所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：所述平移固定距离长度为靶球半径。
5.根据权利要求1所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：所述工业六自由度机器人机械臂姿态调整通过下述方式实现：
根据靶球测量路径，基于机器人DH运动学模型进行逆解算将靶球测量路径通过机器人逆运动算法解算六自由度机器人各个关节于各个测量点间移动所需的转动角度，进行测量过程中的工业六自由度机器人机械臂姿态调整。
6.根据权利要求1所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：
所述步骤(3)中机器人基坐标系及工件坐标系的坐标转换矩阵T为：
式中，θ为坐标间旋转角，(a,b,c)为转换基准旋转轴，(t1,t2,t3)为转换所需平移向量。
7.根据权利要求1或2所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：所述步骤(5)中型面精度指标包括最大偏差dmax、最小偏差dmin及型面精度均方根drms，计算方法如下：
dmax＝max{d1，d2…dn}＝max{(p1-q1),(p2-q2)…(pn-qn)}
dmin＝min{d1，d2…dn}＝min{(p1-q1),(p2-q2)…(pn-qn)}
式中，n为测量点总个数；
{p1，p2…pn}分别为n个测量点的实测三维坐标，pi为第i个测量点的实测三维坐标；
{q1，q2…qn}分别为n个测量点的靶球球心运动点坐标，qi为第i个测量点的靶球球心运动点坐标；
{d1，d2…dn}分别为n个测量点实测三维坐标与其对应理论三维坐标的偏差，di为第i个测量点实测三维坐标与靶球球心运动点坐标的偏差。
8.根据权利要求1所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法，其特征在于：所述工件坐标系的选取方法为：
以待测量模具型面底面边缘确定的拟合圆圆心为原点O，模具型面底面为XOY平面，法线方向为Z1轴；
所述基座坐标系的选取方法为：
利用机械臂末端靶球绕工业六自由度机器人A1轴旋转一周获取拟合圆C1，以工业六自由度机器人A2轴旋转一周获取拟合圆C2，以垂直拟合圆C1平面正方向作为Z2轴，以拟合圆C1与拟合圆C2交线为X2轴方向，以拟合圆C1圆心作为坐标原点，根据右手定则确定Y2轴。
9.一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，其特征在于：包括工业六自由度机器人(1)、末端执行器(2)、激光跟踪仪(3)、待测量复材模具(4)、执行计算机(5)，用于夹持测量用靶标的末端执行器(2)固定连接于工业六自由度机器人(1)的机械臂末端，并在执行计算机(5)控制下随机械臂沿预设测量路径移动，所述待测量复材模具(4)为抛物面面型模具，测量时安装于工业六自由度机器人(1)机械臂下方，用于获取实际测量点信息的激光跟踪仪(3)设置于待测量复材模具(4)侧方，并将获取的实际测量点信息储存至执行计算机(5)，其中，所述执行计算机(5)根据测量前预设测量点坐标确定预设测量路径，并在测量时通过激光跟踪仪(3)接收实际测量点信息，根据测量所得实际测量点、靶球球心运动点坐标计算型面精度。
10.根据权利要求9所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，其特征在于：所述末端执行器(2)包括连接法兰(21)、弹簧套(22)、弹簧(23)、测量杆(24)、夹持关节(25)、靶球夹持器(26)，所述弹簧套(22)下表面与连接法兰(21)上表面紧贴并固定，所述测量杆(24)穿过连接法兰(21)、弹簧套(22)中心位置，同时通过设置于测量杆(24)上的限位槽进行固定，用于避免靶球对模具型面造成损伤的弹簧(23)安装于测量杆(24)与弹簧套(22)内壁间，夹持靶球的靶球夹持器(26)通过夹持关节(25)连接于测量杆(24)端头。
11.根据权利要求9所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，其特征在于：
所述待测量复材模具(4)型面放置于工业六自由度机器人(1)的运动范围和激光跟踪仪(3)的可视范围内，同时保证工业六自由度机器人(1)、激光跟踪仪(3)、待测量复材模具(4)之间的相对位置关系在测量过程中保持恒定不变。
12.根据权利要求9所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，其特征在于：
所述靶球于测量路径上的运动方向始终与待测量复材模具(4)表面相切，运动时靶球始终与复材模具接触，在靶球运动过程中实现实时采样。
13.根据权利要求9所述的一种天线反射器复材模具型面精度在位测量系统，其特征在于：所述执行计算机(5)根据预设待测量点坐标确定靶球测量路径，并根据靶球测量路径控制工业六自由度机器人(1)机械臂带动末端执行器(2)进行待测量复材模具(4)的在位测量，在任意一待测量点测量完毕后，再根据靶球球心轨迹进行逆解算得到机器人各个关节所需转动的角度，进行工业六自由度机器人机械臂姿态调整，同时通过激光跟踪仪(3)获取实际测量点信息，并根据测量所得实际测量点、靶球球心运动点坐标计算型面精度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910228118.2A CN110006339B (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910228118.2A CN110006339B (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110006339A true CN110006339A (zh) | 2019-07-12 |
| CN110006339B CN110006339B (zh) | 2021-08-10 |
Family
ID=67168072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910228118.2A Expired - Fee Related CN110006339B (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110006339B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110686615A (zh) * | 2019-08-29 | 2020-01-14 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种高精度伞状天线型面评价方法 |
| CN111988094A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-11-24 | 漆一宏 | 无线性能的测试装置、系统、方法、设备及存储介质 |
| CN112511243A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-16 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线性能的连续采样测试装置、系统、方法、设备及存储介质 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2413264Y (zh) * | 1999-06-22 | 2001-01-03 | 大连理工大学 | 导弹天线罩几何精度测量装置 |
| EP2027432A2 (en) * | 2006-05-10 | 2009-02-25 | The Boeing Company | Laser and photogrammetry merged process |
| US20120057174A1 (en) * | 2010-01-20 | 2012-03-08 | Faro Technologies, Inc. | Laser scanner or laser tracker having a projector |
| CN102607463A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-25 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法 |
| CN102607457A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 西安交通大学 | 基于惯性导航技术的大尺寸三维形貌测量装置及方法 |
| CN103274055A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-04 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 基于室内gps的飞机大部件无应力装配系统及其应用 |
| CN104048620A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-09-17 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 一种射电望远镜天线面形绝对定标装置和方法 |
| WO2016025358A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-18 | Faro Technologies, Inc. | A six degree-of-freedom triangulation scanner and camera for augmented reality |
| CN105345453A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-02-24 | 北京卫星制造厂 | 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 |
| CN105881586A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 北京新长征天高智机科技有限公司 | 一种具有单向缓冲功能的机器人末端执行保护机构 |
| CN106705880A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-24 | 北京空间机电研究所 | 一种大口径反射镜面形轮廓在位检测方法及装置 |
| CN109059805A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-21 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种天线型面精度快速测量方法 |
-
2019
- 2019-03-25 CN CN201910228118.2A patent/CN110006339B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2413264Y (zh) * | 1999-06-22 | 2001-01-03 | 大连理工大学 | 导弹天线罩几何精度测量装置 |
| EP2027432A2 (en) * | 2006-05-10 | 2009-02-25 | The Boeing Company | Laser and photogrammetry merged process |
| US20120057174A1 (en) * | 2010-01-20 | 2012-03-08 | Faro Technologies, Inc. | Laser scanner or laser tracker having a projector |
| CN102607457A (zh) * | 2012-03-05 | 2012-07-25 | 西安交通大学 | 基于惯性导航技术的大尺寸三维形貌测量装置及方法 |
| CN102607463A (zh) * | 2012-03-29 | 2012-07-25 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法 |
| CN103274055A (zh) * | 2013-06-14 | 2013-09-04 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 基于室内gps的飞机大部件无应力装配系统及其应用 |
| CN104048620A (zh) * | 2014-07-04 | 2014-09-17 | 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所 | 一种射电望远镜天线面形绝对定标装置和方法 |
| WO2016025358A1 (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-18 | Faro Technologies, Inc. | A six degree-of-freedom triangulation scanner and camera for augmented reality |
| CN105345453A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-02-24 | 北京卫星制造厂 | 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 |
| CN105881586A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-24 | 北京新长征天高智机科技有限公司 | 一种具有单向缓冲功能的机器人末端执行保护机构 |
| CN106705880A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-24 | 北京空间机电研究所 | 一种大口径反射镜面形轮廓在位检测方法及装置 |
| CN109059805A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-21 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种天线型面精度快速测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张东民等: "基于三维CAD数模的现代测量技术", 《机械设计与制造》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110686615A (zh) * | 2019-08-29 | 2020-01-14 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种高精度伞状天线型面评价方法 |
| CN110686615B (zh) * | 2019-08-29 | 2022-01-04 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种高精度伞状天线型面评价方法 |
| CN111988094A (zh) * | 2020-09-18 | 2020-11-24 | 漆一宏 | 无线性能的测试装置、系统、方法、设备及存储介质 |
| CN111988094B (zh) * | 2020-09-18 | 2023-03-31 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线性能的测试装置、系统、方法、设备及存储介质 |
| CN112511243A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-16 | 深圳市通用测试系统有限公司 | 无线性能的连续采样测试装置、系统、方法、设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110006339B (zh) | 2021-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110434671B (zh) | 一种基于特征测量的铸造件表面机加工轨迹校准方法 | |
| US8457786B2 (en) | Method and an apparatus for calibration of an industrial robot system | |
| US11642747B2 (en) | Aligning parts using multi-part scanning and feature based coordinate systems | |
| CN104759945B (zh) | 基于高精度工业相机的移动制孔机器人基准找正方法 | |
| US20180326591A1 (en) | Automatic detection and robot-assisted machining of surface defects | |
| CN110006339A (zh) | 一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 | |
| CN108748159A (zh) | 一种机械臂工具坐标系自标定方法 | |
| CN104858748A (zh) | 一种叶片进排气边磨削机器人自动化装备 | |
| CN106903687A (zh) | 基于激光测距的工业机器人校准系统与方法 | |
| CN106705880B (zh) | 一种大口径反射镜面形轮廓在位检测方法及装置 | |
| CN108614519B (zh) | 一种基于激光点阵数控机床在线误差测量系统与方法 | |
| CN113778018B (zh) | 一种基于R-test的五轴机床刀轴矢量误差测量方法 | |
| Tian et al. | A technology framework for robotic profiling of blade edges based on model reconstruction and trajectory replanning | |
| Cheng et al. | Integrated laser/CMM system for the dimensional inspection of objects made of soft material | |
| Chen et al. | A vision-based calibration method for aero-engine blade-robotic grinding system | |
| CN110497088B (zh) | 基于曲面映射的柔性共形天线激光加工误差控制方法 | |
| CN117232432A (zh) | 一种叶片三维轮廓检测系统及其检测方法 | |
| US20220381559A1 (en) | Scanning Path Segmentation of Workpiece | |
| Riise et al. | Adapting robot paths for automated NDT of complex structures using ultrasonic alignment | |
| Jiang et al. | Automatic high-precision measurement technology of special-shaped surface parts based on robot arms | |
| Guo et al. | Calibration for kinematic parameters of industrial robot by a laser displacement sensor | |
| CN104842353A (zh) | 基于超声换能器标定的机械手定位方法、系统及标定工具 | |
| Shiou et al. | Strategies and processes to measure the dimensional geometry of sheet metal parts for exact laser cutting | |
| CN217818608U (zh) | 一种基于立体视觉的三坐标机柔性复合联检系统 | |
| CN116394235B (zh) | 一种基于三维测量的大型零部件机器人干冰清洗轨迹规划系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Jie Inventor after: Xu Yunfu Inventor after: Yang Jizhi Inventor after: Liu Jia Inventor after: Huang Ling Inventor after: Zou Xuemei Inventor after: Jia Tao Inventor after: Zhou Yong Inventor after: Ni Aijing Inventor after: Yu Wangzhu Inventor after: Guo Qing Inventor after: Cai Zihui Inventor after: Wang Kai Inventor after: Yang Chun Inventor after: Wang Xiaorui Inventor after: Dong Jun Inventor before: Zhao Jie Inventor before: Yang Chun Inventor before: Yu Wangzhu Inventor before: Cai Zihui Inventor before: Yang Jizhi Inventor before: Ni Aijing Inventor before: Liu Jia Inventor before: Guo Qing Inventor before: Huang Ling Inventor before: Wang Xiaorui |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210810 |