CN111707212A

CN111707212A - 汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量方法及装置

Info

Publication number: CN111707212A
Application number: CN201910205532.1A
Authority: CN
Inventors: 刘浏; 邱睿; 曹清林; 周金宇
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Jiangsu University of Technology
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: CN111707212B

Abstract

本发明公开了一种汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量方法及装置；该测量装置包括水平工作平台、支架、测量组件以及PSD传感器阵列，测量组件包括测量座、两个支脚、两个球体、一个激光器以及一个角度编码器；该测量方法包括测定相对位置关系M1和M2，根据激光感应点在相应PSD传感器中的位置、相对位置关系M1、角度编码器上的读数以及相对位置关系M2获得待测汽车复合材料模压成形件的待测轮廓线上A1、A2、……、An测量位置处两个球体的空间位置数据X1、X2、……、Xn，数据处理获得待测轮廓线的线轮廓度。本发明的测量装置结构简单，操作简易，价格低廉，而且测量方法相对简单且易于掌握，测量效率较高，测量精度较准。

Description

汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量方法及装置

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线轮廓度测量方法及装置。

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。

轮廓度包括线轮廓度与面轮廓度，无基准要求时是形状公差，有基准要求时是位置公差。其理想形状由理论正确尺寸决定，也就是确定它的形状、方向和尺寸，打个比方说工件上的一条曲线，在加工的时候要规定这条曲线在所选的理论正确尺寸公差范围内才算合格，线轮廓度公差带是包络一系列直径为公差值T的圆球的两包络线之间的区域，而这些圆的圆心位于理想轮廓上。

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》提及了多种检测方法，采用的测量工具包括机械量具和三坐标测量机。采用机械量具测量效率较低，数据处理无法电子化。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线轮廓度测量方法及装置。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量装置，包括：水平工作平台；设置在所述水平工作平台上的可移工作台和直线导轨；所述可移工作台的上表面平行于所述水平工作平台；支架；所述支架包括一个可沿着所述直线导轨的引导方向水平直线移动的立柱以及一个安装在所述立柱上且可沿着所述立柱垂直直线移动的横梁；所述立柱的轴线垂直于所述水平工作平台；所述横梁的轴线垂直于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面；测量组件；所述测量组件包括一个测量座、固定安装在所述测量座下方的两个支脚、设置在每个支脚底端的球体、固定安装在所述测量座一侧的一个激光器以及设置在所述测量座另一侧的角度编码器；所述测量座安装在所述横梁上且可围绕所述横梁的轴线在平行于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面内转动；所述两个球体的球心连线平行于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面；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、且均平行于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面的PSD传感器组成；所述激光器的发射方向朝向所述PSD传感器阵列；所述激光器发射的激光轴线垂直于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面。

作为优选，所述激光器发射的激光轴线与所述横梁的轴线共线。

实现本发明目的之二的技术方案是：一种汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量方法，具有以下步骤：①设一水平工作平台，所述水平工作平台上设一可移工作台和一直线导轨；所述可移工作台的上表面平行于所述水平工作平台；设一支架；所述支架包括一个可沿着所述直线导轨的引导方向水平直线移动的立柱以及一个安装在所述立柱上且可沿着所述立柱垂直直线移动的横梁；所述立柱的轴线垂直于所述水平工作平台；所述横梁的轴线垂直于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面；设一测量组件；所述测量组件包括一个测量座、固定安装在所述测量座下方的两个支脚、设置在每个支脚底端的球体、固定安装在所述测量座一侧的一个激光器以及设置在所述测量座另一侧的角度编码器；所述测量座安装在所述横梁上且可围绕所述横梁的轴线在平行于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面内转动；所述两个球体的球心连线平行于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面；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、且均平行于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面的PSD传感器组成；测定所有PSD传感器的相对位置关系，记为M1；所述激光器的发射方向朝向所述PSD传感器阵列；所述激光器发射的激光轴线垂直于所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面；测定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可移工作台上，按照线轮廓度测量规范，先将待测汽车复合材料模压成形件的待测轮廓线所在的垂直平面调整到与所述直线导轨的引导方向所在的垂直平面相平行；然后使两个球体的球心连线位于所述待测轮廓线所在的垂直平面内；再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轮廓线表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置；③将激光器打开，被PSD传感器阵列感应，测出该激光感应点在相应PSD传感器中的位置，由该位置以及上述位置关系M1即可获得该激光器发射的激光轴线的空间位置，再结合角度编码器上的读数以及上述位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测轮廓线上A1测量位置处两个球体的空间位置数据X1；④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轮廓线表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置；重复步骤③，即可获得待测汽车复合材料模压成形件的待测轮廓线上A2测量位置处两个球体的空间位置数据X2；⑤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轮廓线上A3、A4、……、An测量位置处两个球体的空间位置数据X3、X4、……、Xn；⑥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轮廓线的线轮廓度。

作为优选，上述步骤①中，所述激光器发射的激光轴线与所述横梁的轴线共线。

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

附图说明

图1为本发明的线轮廓度测量装置的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视图【省略PSD传感器阵列4】，且可视为A1测量位置示意图。

图4可视为实施例1中A2测量位置示意图。

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线轮廓度测量装置包括水平工作平台1、支架2、测量组件3以及PSD传感器阵列4。

水平工作平台1上设一可移工作台11和一直线导轨12，可移工作台11的上表面平行于水平工作平台1，直线导轨12的引导方向为图2、图3中的Y向（也即图1中垂直于纸面的方向）。

支架2包括一个可沿着直线导轨12的引导方向水平直线移动的立柱21以及一个安装在立柱21上且可沿着立柱21垂直直线移动【图1、图3中的Z向】的横梁22，立柱21的轴线垂直于水平工作平台1，横梁22的轴线垂直于直线导轨12的引导方向所在的垂直平面。

测量组件3具体包括一个测量座31、固定安装在测量座31下方的两个支脚32、设置在每个支脚32底端的球体33、固定安装在测量座31一侧（朝向PSD传感器阵列4）的一个激光器34以及固定安装在测量座31另一侧的角度编码器35。

测量座31安装在横梁22上且可围绕横梁22的轴线在平行于直线导轨12的引导方向所在的垂直平面内转动【参见图3】，两个球体33的球心连线平行于直线导轨12的引导方向所在的垂直平面【由图1可以看出】。

PSD传感器阵列4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的PSD传感器41组成，所有PSD传感器41的光敏面所在平面垂直于水平工作平台1的上表面且平行于直线导轨12的引导方向所在的垂直平面。

激光器34的发射方向朝向PSD传感器阵列4，且激光器34发射的激光轴线垂直于直线导轨12的引导方向所在的垂直平面，激光器34发射的激光轴线与横梁22的轴线共线【由图1可以看出】。

采用上述线轮廓度测量装置进行线轮廓度测量的方法具体包括以下步骤：

①测定所有PSD传感器41的相对位置关系，记为M1。

测定激光器34发射的激光轴线与两个球体33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11上，按照线轮廓度测量规范，先将待测汽车复合材料模压成形件100的待测轮廓线所在的垂直平面调整到与直线导轨12的引导方向所在的垂直平面相平行。然后移动所述可移工作台11，使两个球体33的球心连线位于待测轮廓线所在的垂直平面内。再上下垂直直线移动横梁22以及根据实际情况旋转或者不旋转测量座31，使两个球体33与待测汽车复合材料模压成形件100的待测轮廓线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】。

③将激光器34打开，被PSD传感器阵列4感应，测出该激光感应点在相应PSD传感器41中的位置，由该位置以及上述位置关系M1即可获得该激光器34发射的激光轴线的空间位置，再结合角度编码器35上的读数以及上述位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测轮廓线上A1测量位置处两个球体33的空间位置数据X1。

④向上垂直直线移动横梁22，再沿着直线导轨12的引导方向水平直线移动立柱21，再向下垂直直线移动横梁22以及根据实际情况旋转或者不旋转测量座31，使两个球体33与待测汽车复合材料模压成形件100的待测轮廓线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】。

重复步骤③，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测轮廓线上A2测量位置处两个球体33的空间位置数据X2。

⑤重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件100的待测轮廓线上A3、A4、……、An测量位置处两个球体33的空间位置数据X3、X4、……、Xn。

⑥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的待测轮廓线的线轮廓度。

Claims

1.一种汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量装置，其特征在于包括：

水平工作平台（1）；设置在所述水平工作平台（1）上的可移工作台（11）和直线导轨（12）；所述可移工作台（11）的上表面平行于所述水平工作平台（1）；

支架（2）；所述支架（2）包括一个可沿着所述直线导轨（12）的引导方向水平直线移动的立柱（21）以及一个安装在所述立柱（21）上且可沿着所述立柱（21）垂直直线移动的横梁（22）；所述立柱（21）的轴线垂直于所述水平工作平台（1）；所述横梁（22）的轴线垂直于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面；

测量组件（3）；所述测量组件（3）包括一个测量座（31）、固定安装在所述测量座（31）下方的两个支脚（32）、设置在每个支脚（32）底端的球体（33）、固定安装在所述测量座（31）一侧的一个激光器（34）以及设置在所述测量座（31）另一侧的角度编码器（35）；

所述测量座（31）安装在所述横梁（22）上且可围绕所述横梁（22）的轴线在平行于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面内转动；所述两个球体（33）的球心连线平行于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面；

PSD传感器阵列（4）；所述PSD传感器阵列（4）由若干个光敏面位于同一平面内、且均平行于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面的PSD传感器（41）组成；

所述激光器（34）的发射方向朝向所述PSD传感器阵列（4）；所述激光器（34）发射的激光轴线垂直于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面。

2.根据权利要求1所述的汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量装置，其特征在于：所述激光器（34）发射的激光轴线与所述横梁（22）的轴线共线。

3.一种汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量方法，其特征在于具有以下步骤：

①设一水平工作平台（1），所述水平工作平台（1）上设一可移工作台（11）和一直线导轨（12）；所述可移工作台（11）的上表面平行于所述水平工作平台（1）；

设一支架（2）；所述支架（2）包括一个可沿着所述直线导轨（12）的引导方向水平直线移动的立柱（21）以及一个安装在所述立柱（21）上且可沿着所述立柱（21）垂直直线移动的横梁（22）；所述立柱（21）的轴线垂直于所述水平工作平台（1）；所述横梁（22）的轴线垂直于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面；

设一测量组件（3）；所述测量组件（3）包括一个测量座（31）、固定安装在所述测量座（31）下方的两个支脚（32）、设置在每个支脚（32）底端的球体（33）、固定安装在所述测量座（31）一侧的一个激光器（34）以及设置在所述测量座（31）另一侧的角度编码器（35）；

设一PSD传感器阵列（4）；所述PSD传感器阵列（4）由若干个光敏面位于同一平面内、且均平行于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面的PSD传感器（41）组成；测定所有PSD传感器（41）的相对位置关系，记为M1；

所述激光器（34）的发射方向朝向所述PSD传感器阵列（4）；所述激光器（34）发射的激光轴线垂直于所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面；测定激光器（34）发射的激光轴线与两个球体（33）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）置于所述可移工作台（11）上，按照线轮廓度测量规范，先将待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测轮廓线所在的垂直平面调整到与所述直线导轨（12）的引导方向所在的垂直平面相平行；然后使两个球体（33）的球心连线位于所述待测轮廓线所在的垂直平面内；再使所述两个球体（33）与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测轮廓线表面实现第一次两点接触，并记为A1测量位置；

③将激光器（34）打开，被PSD传感器阵列（4）感应，测出该激光感应点在相应PSD传感器（41）中的位置，由该位置以及上述位置关系M1即可获得该激光器（34）发射的激光轴线的空间位置，再结合角度编码器（35）上的读数以及上述位置关系M2，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测轮廓线上A1测量位置处两个球体（33）的空间位置数据X1；

④使所述两个球体（33）与所述待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测轮廓线表面实现第二次两点接触，并记为A2测量位置；重复步骤③，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测轮廓线上A2测量位置处两个球体（33）的空间位置数据X2；

⑤重复步骤④，即可获得待测汽车复合材料模压成形件（100）的待测轮廓线上A3、A4、……、An测量位置处两个球体（33）的空间位置数据X3、X4、……、Xn；

⑥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）的待测轮廓线的线轮廓度。

4.根据权利要求3所述的汽车复合材料模压成形件的线轮廓度测量方法，其特征在于：上述步骤①中，所述激光器（34）发射的激光轴线与所述横梁（22）的轴线共线。