CN114279376A - 一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，步骤：1)对零件进行三维建模，在三维数模表面的待测区域进行网格划分；2)将零件三维数模表面待测区域及边界的网格曲线离散为点集；3)将零件待测区域及边界的网格点集投影至平面并对待测厚区域的网格进行编号；4)平面化的网格点集在平面上形成网格曲线；5)使用测厚仪对零件待测区域厚度进行测量，并将所测的各个位置的厚度值标识在网格曲线上；6)基于网格曲线上的厚度值，形成壁厚分布图、零件壁厚的公差带以及不合格壁厚值信息展示。本发明极大地缩短了测量时间，保证了壁厚数值的准确性，为壁厚数字化测量提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明属于无损检测壁厚技术领域，涉及一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，属于一种提升壁厚数值记录的准确性和减轻工人劳动量的壁厚测量辅助方法。
背景技术
薄壁结构零件是航天领域火箭、导弹、卫星等装备中应用最为广泛的一类结构件，数量众多。壁厚制造精度对薄壁结构件整体质量控制至关重要。为了提高制造效率和降低成本，航天领域薄壁结构件通常采用热成形工艺方法近净成形，留有少量切削余量。保证制造壁厚精度的前提是能够准确检测壁厚，零件在加工前加工后都需要对加工区域的壁厚分布进行测量，以确定加工量和反应加工结果。当前，薄壁结构零件的壁厚检测大多数依赖于检测人员手持超声测厚仪进行。工人首先在被测零件表面上，用记号笔和软尺画出等距的网格；然后，测量壁厚值并在零件表面用记号笔标记；最后，壁厚测量完毕后在记录本上手绘出壁厚分布图。此过程人工记录壁厚值存在劳动强度大、壁厚准确率难保证、检测效率低等问题。目前，有些商用手持式测厚仪带有配套软件可实时记录零件的壁厚数值，但通常以Excel表格形式，无法直观地体现壁厚分布情况。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：提供一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，解决人工记录壁厚工作量大、壁厚记录易出错、壁厚统计分析耗时长的问题，缩短壁厚测量时间，提高测量准确性。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，包括以下步骤：
1)对零件进行三维建模，在三维数模表面的待测区域进行网格划分；
2)将零件三维数模表面待测区域及边界的网格曲线离散为点集；
3)将零件待测区域及边界的网格点集投影至平面并对待测厚区域的网格进行编号；
4)平面化的网格点集在平面上形成网格曲线；
5)使用测厚仪对零件待测区域厚度进行测量，并将所测的各个位置的厚度值标识在网格曲线上；
6)基于网格曲线上的厚度值，形成壁厚分布图、零件壁厚的公差带以及不合格壁厚值等信息，采用Word、PDF、Excel等格式显示。
步骤1)中，在零件的三维数模表面构造三维网格曲线和待测区域的边界线，可采用UG软件来实现。三维网格曲线的构造具体包括：在零件数模表面构建两条相垂直的直线，在两个方向对两条曲线进行阵列操作，构建网格线效果，最后使用多段线构建包络网格线的封闭边界线。网格线的间距为阵列操作中间距的参数值。
步骤2)中，边界的网格曲线离散为点集的方式为：在所有的封闭边界线上创建点集，按照等弧长的方式在曲线上分布点。其中点的数量不少于1000个，使得点集的视觉效果为一条连续的曲线。
步骤3)中，网格点集投影至平面的过程为：构建待测区域的正视图平面，再沿该平面法向的方向将点集投影至切平面上。
步骤4)中，在每个网格的中心创建单个点，最后将点集和所有单个点以文本格式导出；导出单个点时需按照一定规则，即点坐标的X值越小，该点的顺序越靠前；点坐标的Y值越大，该点的顺序越靠前；XOY坐标系中，所有点的坐标值均为正值；基于文本，将网格的点集和网格中的单个点绘制于一个平面内，形成零件的边界线和内部网格线。
绘制零件的边界线和内部网格线前，先根据最小包围盒的原理，确定XOY坐标系中X轴和Y轴的量程范围，即寻找所有文本中X坐标的最大和最小值，以及Y坐标最小和最大值，并分别作为X、Y方向的量程范围，使得零件的二维网格最大化显示于坐标系中。
步骤5)中，测厚仪对零件待测区域多处厚度进行测量，并将壁厚值按照单个点的顺序和坐标值填入对应网格中，在壁厚公差带外的壁厚值和公差带内的壁厚值以不同颜色绘制。
(三)有益效果
上述技术方案所提供基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，结合高效稳定的数据实时传输技术与数字化测量技术，实时辅助人工记录壁厚值，绘制壁厚分布图，生成壁厚测量分析报告；本发明极大地缩短了测量时间，保证了壁厚数值的准确性，为壁厚数字化测量提供了新的思路；本发明集检测、处理、通讯、显示分析等为一体的壁厚高效检测方法，缩短工人手动测量的时间，保证了产品精度，提高了测量效率。
附图说明
图1为基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法步骤图。
图2为基于蓝牙无线传输的壁厚数据传递图。
图3为辅助测厚软件界面图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法包括三个部分：网格数据准备、壁厚测量、壁厚数据可视化及分析。
绘制网格线具体过程如下：在三维设计软件中，首先规划测厚区域，可以等距方式构建点，再将各个方向的对应点相连，从而在零件的数模表面构造三维网格曲线和测厚区域的边界线。以UG软件为例，首先通过连接曲线绘制待测厚区域的边界线，再将边界线投影至测量曲面的切平面内，三维网格曲线的构造具体包括：在零件数模表面沿X、Y方向构建两条直线，在两个方向对两条直线进行阵列操作，构建网格线效果，最后使用多段线构建包络网格线的封闭边界线，使用连接曲线将边界曲线闭合为一条完整的曲线。
网格曲线的离散化过程具体如下：同样以UG为例，首先使用点集命令在所有曲线上按等弧长的方式构建密集的点特征，点集密集程度应使网格点集的视觉效果为一条完整的线；接着在网格中心分别建立单个点，同样可采用阵列的方法快速建立网格内的点特征。由于网格是由密集的点组成，没有网格区域的概念，因而该点的作用是用于指导测厚系统将壁厚值填入对应网格的位置；最后，将所有点集和单个点以文本格式导出。导出单个点时，点坐标的X值越小，该点的顺序越靠前；点坐标的Y值越大，该点的顺序越靠前。将文本导入测厚软件绘制零件待测厚区域网格和边界图。
壁厚测量过程：如图2所示，人工操作手持式测厚仪将壁厚数据通过蓝牙的方式传输至侧后模块中，测厚模块截取壁厚数据文本中的壁厚值，并将壁厚值按照此前文本中单个点的顺序和坐标值实时填入对应网格中，在壁厚公差带外的壁厚值以红色绘制，公差带内的壁厚值以蓝色绘制。同时，每在网格中填入一个壁厚值，将发出一个声音提示，提示内容为“合格”、“不合格”，分别对应于壁厚公差带内的壁厚值和壁厚公差带外的壁厚值。
壁厚数据可视化过程：如图3所示为辅助测厚分析模块的主界面图，在参数设置栏导入网格数据的文本文件即可绘制零件待测厚区域的网格及边界图。由于零件的测厚区域大小未知，为了使绘制的网格能充满整个坐标系，测厚模块在绘制网格点数据前，先根据最小包围盒的原理，确定XOY坐标系的范围，即寻找文本中所有点X坐标的最小和最大值，以及Y坐标最小和最大值，并分别将它们作为坐标X方向和Y方向的量程范围，使得零件的二维网格最大化显示于坐标系中。
测厚模块参数设置过程：设置零件的壁厚公差带的上下限值，公差带的上下限值用于判断壁厚数据是以红色或蓝色填入网格；对于有些大尺寸网格需要多次测量取壁厚平均值，还可以设置测量间隔。测量间隔为n时，则在该网格测量n次壁厚值，并取n次壁厚值的平均值作为该区域的壁厚值。设置测厚仪和模块的通讯端口，共有com1到com10共10个通讯端口选择。
生成测量分析报告过程：当测量任务完成后，点击保存后，测厚系统将当时绘制的零件壁厚分布图保存至后台文件夹中。在生成报告栏生成零件壁厚分布图或零件壁厚统计分析报告，报告的格式有可编辑的word、PDF、Excel和图片形式。报告含有零件的基本信息，如零件名称、零件代号、生产号、批序号等，还包括零件壁厚的公差带信息，测量时间和测量人员信息，零件网格区域里壁厚合格与不合格的数量统计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对零件进行三维建模，在三维数模表面的待测区域进行网格划分；
2)将零件三维数模表面待测区域及边界的网格曲线离散为点集；
3)将零件待测区域及边界的网格点集投影至平面并对待测厚区域的网格进行编号；
4)平面化的网格点集在平面上形成网格曲线；
5)使用测厚仪对零件待测区域厚度进行测量，并将所测的各个位置的厚度值标识在网格曲线上；
6)基于网格曲线上的厚度值，形成壁厚分布图、零件壁厚的公差带以及不合格壁厚值信息展示。
2.如权利要求1所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤1)中，在零件的三维数模表面构造三维网格曲线和待测区域的边界线，采用UG软件来实现。
3.如权利要求2所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤1)中，网格划分的过程为：在零件数模表面构建两条相垂直的直线，在两个方向对两条曲线进行阵列操作，构建网格线效果，最后使用多段线构建包络网格线的封闭边界线。
4.如权利要求3所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤2)中，边界的网格曲线离散为点集的方式为：在所有的封闭边界线上创建点集，按照等弧长的方式在曲线上分布点。
5.如权利要求4所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤2)中，点的数量不少于1000个，使得点集的视觉效果为一条连续的曲线。
6.如权利要求5所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤3)中，网格点集投影至平面的过程为：构建待测区域的正视图平面，再沿该平面法向的方向将点集投影至切平面上。
7.如权利要求6所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤4)中，在每个网格的中心创建单个点，最后将点集和所有单个点以文本格式导出；导出单个点时，点坐标的X值越小，该点的顺序越靠前；点坐标的Y值越大，该点的顺序越靠前；XOY坐标系中，所有点的坐标值均为正值；基于文本，将网格的点集和网格中的单个点绘制于一个平面内，形成零件的边界线和内部网格线。
8.如权利要求7所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤4)中，绘制零件的边界线和内部网格线前，先根据最小包围盒的原理，确定XOY坐标系中X轴和Y轴的量程范围，寻找所有文本中X坐标的最大和最小值，以及Y坐标最小和最大值，并分别作为X、Y方向的量程范围，使得零件的二维网格最大化显示于坐标系中。
9.如权利要求8所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤5)中，测厚仪对零件待测区域多处厚度进行测量，并将壁厚值按照单个点的顺序和坐标值填入对应网格中，在壁厚公差带外的壁厚值和公差带内的壁厚值以不同颜色绘制。
10.如权利要求9所述的基于壁厚分布可视化及分析的测厚方法，其特征在于，所述步骤6)中，采用Word、PDF、或Excel格式显示壁厚分布图、零件壁厚的公差带以及不合格壁厚值信息。
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