CN111707209B - 汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，包括：设水平工作平台、测量组件、PSD传感器阵列或者PSD传感器阵列组；使待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的轴线垂直于水平工作平台，使测量组件中的两个球体与待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置，获得A1测量位置处两个球体的空间位置数据X1；重复获得A2、A3、……、An测量位置处两个球体的空间位置数据X2、X3、……、Xn；数据处理获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的圆度。本发明的测量方法简单且易于掌握，测量效率较高，测量精度较准，而且测量装置相对结构简单，操作简易，价格低廉。

Description

汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法

技术领域

本发明属于形状公差测量技术领域，具体涉及一种汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法。

背景技术

采用复合材料零件，是汽车轻量化的重要手段，是减少汽车汽油消耗的重要方法。国家科技重大专项项目“高档数控机床与基础制造设备”（简称04专项），2018年批准“汽车复合材料车身模压成形技术与装备”立项（2018ZX04026001），奇瑞公司为牵头单位。本学院承担子课题“复合材料模压成形件数字化设计分析与生产线可靠性保障评价”（2018ZX04026001—008）。复合材料成形件、模具、压机设备的几何公差，对于保障产品质量，至关重要。

国家标准《GB/T 1958-2004 产品几何量技术规范（GPS）形状和位置公差 检测规定》提及了多种检测圆度及圆柱度方法，采用的测量工具包括机械量具、圆度仪和三坐标测量机。采用机械量具或者圆度仪都需要工件或者测头旋转，这使得测量设备的复杂性大大提高，而且测量时，需要调整工件，使得工件轴线和仪器轴线共轴。而三坐标测量机结构复杂，操作复杂，相对专用设备，测量效率也不高，尤其是在批量较大以及生产车间等非三坐标专用计量室环境下，并不适用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种结构简单、操作简易、测量效率较高、测量精度较准的汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法。

实现本发明目的的技术方案之一是：一种汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，具有以下步骤：①设一水平工作平台；设一PSD传感器阵列；所述PSD传感器阵列由若干个光敏面位于同一平面内、且均平行于所述水平工作平台的PSD传感器组成；测定所有PSD传感器的相对位置关系，记为M1；设一测量组件；所述测量组件包括一个测量支架、安装在所述测量支架上且可沿着所述测量支架上下垂直移动的测量座、固定安装在所述测量座上方的两个激光器、固定安装在所述测量座一侧的两个支脚以及设置在每个支脚端部的球体；所述两个激光器的发射方向均朝向所述PSD传感器阵列；所述两个激光器发射的激光轴线垂直于所述水平工作平台；所述两个球体的球心连线平行于所述水平工作平台；测定两个激光器发射的激光轴线与两个球体的球心连线之间的相对位置关系，记为M2；②将待测汽车复合材料模压成形件置于所述水平工作平台上，并使所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的轴线垂直于所述水平工作平台；③将测量组件置于所述水平工作平台上，先上下垂直移动所述测量座以使所述两个球体的球心调整到与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的高度一致；然后水平移动所述测量支架并使所述两个球体与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置；④将两个激光器全部打开，被PSD传感器阵列感应，测出两个激光感应点在相应PSD传感器中的位置，由各位置以及上述相对位置关系M1即可获得两个激光器发射的激光轴线的空间位置，再结合上述相对位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面上A1测量位置处两个球体的空间位置数据X1；⑤保持所述两个球体的球心与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的高度一致，水平移动所述测量支架并使所述两个球体与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置；重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面上A2测量位置处两个球体的空间位置数据X2；⑥重复步骤⑤，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面上A3、A4、……、An测量位置处两个球体的空间位置数据X3、X4、……、Xn；⑦对所获得的空间位置数据X1、X2、……、Xn进行处理，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的圆度。

为了进一步方便操作并提高测量效率，上述步骤①中，在水平工作平台上还设一上表面平行于所述水平工作平台的可移工作台；上述步骤②中，将所述待测汽车复合材料模压成形件置于所述可移工作台上。

实现本发明目的的技术方案之二是：一种汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，具有以下步骤：①设一水平工作平台；设一PSD传感器阵列组；所述PSD传感器阵列组由至少三组相同的PSD传感器阵列组成；各PSD传感器阵列均由若干个光敏面位于同一平面内的PSD传感器组成；所述至少三组相同的PSD传感器阵列与所述水平工作平台的位置关系满足以下条件：各PSD传感器阵列在空间均倾斜布置，并且各PSD传感器阵列的光敏面所在的平面与所述水平工作平台上表面构成一个正棱锥的侧面与底面的几何关系；测定所有PSD传感器的相对位置关系，记为M1；设一测量组件；所述测量组件包括一个测量支架、安装在所述测量支架上且可沿着所述测量支架上下垂直移动的测量座、固定安装在所述测量座上方的两个激光器、固定安装在所述测量座一侧的两个支脚以及设置在每个支脚端部的球体；所述两个激光器的发射方向均朝向所述PSD传感器阵列；所述两个激光器发射的激光轴线垂直于所述水平工作平台；所述两个球体的球心连线平行于所述水平工作平台；测定两个激光器发射的激光轴线与两个球体的球心连线之间的相对位置关系，记为M2；②将待测汽车复合材料模压成形件置于所述水平工作平台上，并使所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的轴线垂直于所述水平工作平台；③将测量组件置于所述水平工作平台上，先上下垂直移动所述测量座以使所述两个球体的球心调整到与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的高度一致；然后水平移动所述测量支架并使所述两个球体与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置；④将两个激光器全部打开，被PSD传感器阵列感应，测出两个激光感应点在相应PSD传感器中的位置，由各位置以及上述相对位置关系M1即可获得两个激光器发射的激光轴线的空间位置，再结合上述相对位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面上A1测量位置处两个球体的空间位置数据X1；⑤保持所述两个球体的球心与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的高度一致，水平移动所述测量支架并使所述两个球体与所述待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置；重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面上A2测量位置处两个球体的空间位置数据X2；⑥重复步骤⑤，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面上A3、A4、……、An测量位置处两个球体的空间位置数据X3、X4、……、Xn；⑦对所获得的空间位置数据X1、X2、……、Xn进行处理，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测圆截面的圆度。

为了进一步方便操作并提高测量效率，上述步骤①中，在水平工作平台上还设一上表面平行于所述水平工作平台的可移工作台；上述步骤②中，将所述待测汽车复合材料模压成形件置于所述可移工作台上。

为了进一步提高测量精度，上述步骤①中所述各PSD传感器阵列的光敏面所在的平面与所述水平工作平台上表面的夹角θ为arccos（A/B）；其中，A代表要求的圆度测量精度，B代表采用的各PSD传感器的测量精度。

上述步骤①中所述至少三组优选为三至六组。

本发明具有的积极效果：本发明的测量方法简单且易于掌握，测量效率较高，测量精度较准，而且测量装置相对结构简单，操作简易，价格低廉。

附图说明

图1为实施例1的测量方法采用的测量装置的结构示意图。

图2为图1中的A向视图。

图3为图1的俯视图【省略PSD传感器阵列2】，且可视为A1测量位置示意图。

图4可视为A2测量位置示意图。

图5为实施例2的测量方法采用的测量装置的结构示意图。

图6为图5中的A向视图（也即PSD传感器阵列组的空间示意图）。

图7为实施例3中的PSD传感器阵列组的空间示意图。

具体实施方式

（实施例1）

参见图1～图4，本实施例的汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法具有以下步骤：

①设一水平工作平台1，并在该水平工作平台1上设一上表面平行于水平工作平台1的可移工作台4。

设一PSD传感器阵列2；该PSD传感器阵列2由若干个（本实施例为100个，10×10阵列）光敏面位于同一平面内、且均平行于水平工作平台1的PSD传感器21组成【参见图2】。该PSD传感器阵列2可通过支架【未画出】置于水平工作平台1上方一定距离。测定所有PSD传感器21的相对位置关系，记为M1。

设一测量组件3；测量组件3包括一个测量支架31、安装在测量支架31上且可沿着测量支架31上下垂直移动的测量座32、固定安装在测量座32上方的两个激光器33、固定安装在测量座32一侧的两个支脚34以及设置在每个支脚34端部的球体35。

两个激光器33的发射方向均朝向PSD传感器阵列2，两个激光器33发射的激光轴线垂直于水平工作平台1，两个球体35的球心连线平行于水平工作平台1。测定两个激光器33发射的激光轴线与两个球体35的球心连线之间的相对位置关系，记为M2。

②将待测汽车复合材料模压成形件100置于可移工作台4上，并使待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的轴线垂直于水平工作平台1。

③将测量组件3置于水平工作平台1上，先上下垂直移动测量座32以使两个球体35的球心调整到与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的高度一致【可将图1显示的测量位置认定为待测圆截面】；然后水平移动测量支架31并使两个球体35与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置【可将图3显示的测量位置认定为A1测量位置，下同实施例2】。

④将两个激光器33全部打开，被PSD传感器阵列2感应，测出两个激光感应点在相应PSD传感器21中的位置，由各位置以及上述相对位置关系M1即可获得两个激光器33发射的激光轴线的空间位置，再结合上述相对位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面上A1测量位置处两个球体35的空间位置数据X1。

⑤保持两个球体35的球心与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的高度一致，水平移动测量支架31并使两个球体35与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置【可将图4显示的测量位置认定为A2测量位置，下同实施例2】。

重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面上A2测量位置处两个球体35的空间位置数据X2。

⑥重复步骤⑤，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面上A3、A4、……、An测量位置处两个球体35的空间位置数据X3、X4、……、Xn。

⑦对所获得的空间位置数据X1、X2、……、Xn进行处理【具体可参考三坐标测量机的数据处理】，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的圆度。

（实施例2）

参见图5～图6，本实施例的汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法具有以下步骤：

①设一水平工作平台1，并在该水平工作平台1上还设一上表面平行于水平工作平台1的可移工作台4。

设一PSD传感器阵列组；本实施例的PSD传感器阵列组由四组相同的PSD传感器阵列2组成，各PSD传感器阵列2均由若干个光敏面位于同一平面内的PSD传感器21组成。该四组相同的PSD传感器阵列2在空间均倾斜布置，并且各PSD传感器阵列2的光敏面所在的平面与水平工作平台1上表面构成一个正四棱锥的侧面与底面的几何关系【参见图6】。

本实施例要求的圆度测量精度为0.1μm，采用的各PSD传感器21的测量精度为5μm，因此，各PSD传感器阵列2的光敏面所在的平面与水平工作平台1上表面的夹角θ为arccos（0.1/5）。测定所有PSD传感器21的相对位置关系，记为M1。

设一测量组件3；测量组件3包括一个测量支架31、安装在测量支架31上且可沿着测量支架31上下垂直移动的测量座32、固定安装在测量座32上方的两个激光器33、固定安装在测量座32一侧的两个支脚34以及设置在每个支脚34端部的球体35。

两个激光器33的发射方向均朝向PSD传感器阵列2；两个激光器33发射的激光轴线垂直于水平工作平台1；两个球体35的球心连线平行于水平工作平台1；测定两个激光器33发射的激光轴线与两个球体35的球心连线之间的相对位置关系，记为M2。

②将待测汽车复合材料模压成形件100置于可移工作台4上，并使待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的轴线垂直于水平工作平台1。

③将测量组件3置于水平工作平台1上，先上下垂直移动测量座32以使两个球体35的球心调整到与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的高度一致【可将图5显示的测量位置认定为待测圆截面】；然后水平移动测量支架31并使两个球体35与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置【同实施例1的图3】。

④将两个激光器33全部打开，被PSD传感器阵列2感应，测出两个激光感应点在相应PSD传感器21中的位置，由各位置以及上述相对位置关系M1即可获得两个激光器33发射的激光轴线的空间位置，再结合上述相对位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面上A1测量位置处两个球体35的空间位置数据X1。

⑤保持两个球体35的球心与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的高度一致，水平移动测量支架31并使两个球体35与待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置【同实施例1的图4】。

重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面上A2测量位置处两个球体35的空间位置数据X2。

⑥重复步骤⑤，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面上A3、A4、……、An测量位置处两个球体35的空间位置数据X3、X4、……、Xn。

⑦对所获得的空间位置数据X1、X2、……、Xn进行处理【具体可参考三坐标测量机的数据处理】，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测圆截面的圆度。

（实施例3）

参见图7，本实施例与实施例2的区别在于：本实施例的PSD传感器阵列组由三组相同的PSD传感器阵列2组成，该三组相同的PSD传感器阵列2在空间均倾斜布置，并且各PSD传感器阵列2的光敏面所在的平面与水平工作平台1上表面构成一个正三棱锥的侧面与底面的几何关系。

各PSD传感器阵列2的光敏面所在的平面与水平工作平台1上表面的夹角仍为arccos（0.1/5）。

Claims (5)

1.一种汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，其特征在于具有以下步骤：

①设一水平工作平台（1）；

设一PSD传感器阵列（2）；所述PSD传感器阵列（2）由若干个光敏面位于同一平面内、且均平行于所述水平工作平台（1）的PSD传感器（21）组成；测定所有PSD传感器（21）的相对位置关系，记为M1；

设一测量组件（3）；所述测量组件（3）包括一个测量支架（31）、安装在所述测量支架（31）上且可沿着所述测量支架（31）上下垂直移动的测量座（32）、固定安装在所述测量座（32）上方的两个激光器（33）、固定安装在所述测量座（32）一侧的两个支脚（34）以及设置在每个支脚（34）端部的球体（35）；

所述两个激光器（33）的发射方向均朝向所述PSD传感器阵列（2）；所述两个激光器（33）发射的激光轴线垂直于所述水平工作平台（1）；所述两个球体（35）的球心连线平行于所述水平工作平台（1）；测定两个激光器（33）发射的激光轴线与两个球体（35）的球心连线之间的相对位置关系，记为M2；

②将待测汽车复合材料模压成形件（100）置于所述水平工作平台（1）上，并使所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的轴线垂直于所述水平工作平台（1）；

③将测量组件（3）置于所述水平工作平台（1）上，先上下垂直移动所述测量座（32）以使所述两个球体（35）的球心调整到与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的高度一致；然后水平移动所述测量支架（31）并使所述两个球体（35）与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置；

④将两个激光器（33）全部打开，被PSD传感器阵列（2）感应，测出两个激光感应点在相应PSD传感器（21）中的位置，由各位置以及上述相对位置关系M1即可获得两个激光器（33）发射的激光轴线的空间位置，再结合上述相对位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面上A1测量位置处两个球体（35）的空间位置数据X1；

⑤保持所述两个球体（35）的球心与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的高度一致，水平移动所述测量支架（31）并使所述两个球体（35）与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置；重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面上A2测量位置处两个球体（35）的空间位置数据X2；

⑥重复步骤⑤，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面上A3、A4、……、An测量位置处两个球体（35）的空间位置数据X3、X4、……、Xn；

⑦对所获得的空间位置数据X1、X2、……、Xn进行处理，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的圆度。

2.根据权利要求1所述的汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，其特征在于：上述步骤①中，在水平工作平台（1）上还设一上表面平行于所述水平工作平台（1）的可移工作台（4）；上述步骤②中，将所述待测汽车复合材料模压成形件（100）置于所述可移工作台（4）上。

3.一种汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，其特征在于具有以下步骤：

①设一水平工作平台（1）；

设一PSD传感器阵列组；所述PSD传感器阵列组由至少三组相同的PSD传感器阵列（2）组成；各PSD传感器阵列（2）均由若干个光敏面位于同一平面内的PSD传感器（21）组成；所述至少三组相同的PSD传感器阵列（2）与所述水平工作平台（1）的位置关系满足以下条件：各PSD传感器阵列（2）在空间均倾斜布置，并且各PSD传感器阵列（2）的光敏面所在的平面与所述水平工作平台（1）上表面构成一个正棱锥的侧面与底面的几何关系；测定所有PSD传感器（21）的相对位置关系，记为M1；

设一测量组件（3）；所述测量组件（3）包括一个测量支架（31）、安装在所述测量支架（31）上且可沿着所述测量支架（31）上下垂直移动的测量座（32）、固定安装在所述测量座（32）上方的两个激光器（33）、固定安装在所述测量座（32）一侧的两个支脚（34）以及设置在每个支脚（34）端部的球体（35）；

所述两个激光器（33）的发射方向均朝向所述PSD传感器阵列（2）；所述两个激光器（33）发射的激光轴线垂直于所述水平工作平台（1）；所述两个球体（35）的球心连线平行于所述水平工作平台（1）；测定两个激光器（33）发射的激光轴线与两个球体（35）的球心连线之间的相对位置关系，记为M2；

②将待测汽车复合材料模压成形件（100）置于所述水平工作平台（1）上，并使所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的轴线垂直于所述水平工作平台（1）；

③将测量组件（3）置于所述水平工作平台（1）上，先上下垂直移动所述测量座（32）以使所述两个球体（35）的球心调整到与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的高度一致；然后水平移动所述测量支架（31）并使所述两个球体（35）与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置；

④将两个激光器（33）全部打开，被PSD传感器阵列（2）感应，测出两个激光感应点在相应PSD传感器（21）中的位置，由各位置以及上述相对位置关系M1即可获得两个激光器（33）发射的激光轴线的空间位置，再结合上述相对位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面上A1测量位置处两个球体（35）的空间位置数据X1；

⑤保持所述两个球体（35）的球心与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的高度一致，水平移动所述测量支架（31）并使所述两个球体（35）与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置；重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面上A2测量位置处两个球体（35）的空间位置数据X2；

⑥重复步骤⑤，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面上A3、A4、……、An测量位置处两个球体（35）的空间位置数据X3、X4、……、Xn；

⑦对所获得的空间位置数据X1、X2、……、Xn进行处理，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测圆截面的圆度。

4.根据权利要求3所述的汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，其特征在于：上述步骤①中，在水平工作平台（1）上还设一上表面平行于所述水平工作平台（1）的可移工作台（4）；上述步骤②中，将所述待测汽车复合材料模压成形件（100）置于所述可移工作台（4）上。

5.根据权利要求3或4所述的汽车复合材料模压成形件的圆度测量方法，其特征在于：所述各PSD传感器阵列（2）的光敏面所在的平面与所述水平工作平台（1）上表面的夹角θ为arccos（A/B）；其中，A代表要求的圆度测量精度，B代表采用的各PSD传感器（21）的测量精度。

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