CN114636374A - 一种弦平面偏差自动测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弦平面偏差自动测量装置及方法，针对翼面类工件因加工、焊接等过程产生的翼形面变形，对变形后的翼形面与翼面对称弦平面的偏差值分布情况进行快速自动精确检测。所述弦平面偏差自动测量装置主要由底座(1)、X轴导轨(2)、Y轴导轨(4)、工件装夹装置(5)、激光位移传感器(7)组成；本发明用于对翼面的弦平面偏差进行自动精确测量。使用该设备进行翼面测量时将翼面的弦平面垂直于水平面放置，避免因重力因素影响使翼面发生变形；同时采用高精度激光位移传感器进行翼面弦平面偏差的检测，避免手工测量误差影响，利用伺服电机及导轨机构带动测量装置自动移动，大幅度提高检测精度及效率。
Description
技术领域
本发明属于零件加工、测量领域，具体涉及一种弦平面偏差自动测量装置及方法，用于对翼面的弦平面偏差进行自动精确测量。
背景技术
某型翼面类工件需对翼形面相对弦平面偏差情况进行测量，该类测量一般采用平台三点支撑法调平翼面,用游标卡尺及高度尺沿翼面周圈分别测量局部点厚度及对应点高度的检测方法测量并计算弦平面偏差值。由于该工件刚性较差,在平台上用三点支撑法测量时,零件受重力影响发生较大变形，影响弦平面偏差测量精度，同时测量精度及测量效率也较低。因此需要研发一种能有效避免因重力影响造成翼面变形,同时又能进行自动快速高精度弦平面测量的测量设备及测量方法。
发明内容
本发明提供一种弦平面偏差自动测量装置及方法，要解决的技术问题是：针对翼面类工件因加工、焊接等过程产生的翼形面变形，对变形后的翼形面与翼面对称弦平面的偏差值分布情况进行快速自动精确检测。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：主要由底座(1)、X轴导轨(2)、Y轴导轨(4)、工件装夹装置(5)、激光位移传感器(7)组成；工件通过工件装夹装置固定在底座上；翼面的弦平面垂直于水平面放置，两个X轴导轨(2)平行设置在底座(1)上，分别位于待测工件的两侧；Y轴导轨(4)安装在X轴导轨(2)的滑台上，与X轴导轨(2)相垂直，两个Y轴导轨(4)相对的一侧的滑台上均安装有激光位移传感器(7)，Y轴导轨(4)用于带动激光位移传感器(7)沿垂直方向移动；激光位移传感器(7)在X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)的带动下同步水平或垂直运动，激光测量点始终位于工件两侧的同一对称位置，可测量出工件形面到两个激光位移传感器的距离，从而计算出待测量点的弦平面偏差值。
一种弦平面偏差自动测量方法，具体步骤如下：
S1、先将工件放置在工件装夹装置(5)上，调整位置，使工件位于测量装置的中间，工件的两侧待测量形面位于激光位移传感器(7)的有效测量量程内；
S2、通过伺服电机(6)驱动X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)将激光位移传感器(7)移动到待测工件的零点部位，设置测量坐标系的X轴和Y轴零点；
S3、通过伺服系统点位控制功能将激光位移传感器分别移动到三处工件测量基准点处，测得三处基准点的弦平面偏差值A、B、C；
S4、根据三处基准点的弦平面偏差值及点位坐标计算得到基于三处基准点的弦平面偏差变换公式，使三处基准点处的弦平面偏差值为零，其余测量点即可根据此公式计算得到相对于三处基准点所在弦平面的相对偏差值：选取直角基准点进行弦平面偏差拟合，即AB基准点连线与AC基准点连线相垂直，并分别与Y轴和X轴平行，A(x1,y1)、B(x1,y2)、C(x2,y1)为三处基准点，D(x，y)为任意测量点，其测量的原始弦平面偏差值分别为A、B、C、D，拟合公式为d＝D-A-(B-A)(y-y1)/(y2-y1)-(C-A)(x-x1)/(x2-x1)；d即为将A、B、C三点弦平面偏差拟合到零时D点的相对弦平面偏差。
有益效果：本发明用于对翼面的弦平面偏差进行自动精确测量。使用该设备进行翼面测量时将翼面的弦平面垂直于水平面放置，避免因重力因素影响使翼面发生变形；同时采用高精度激光位移传感器进行翼面弦平面偏差的检测，避免手工测量误差影响，利用伺服电机及导轨机构带动测量装置自动移动，大幅度提高检测精度及效率。
附图说明
图1待测工件示意图；
图2弦平面测量装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种弦平面偏差自动测量装置，主要由底座(1)、X轴导轨(2)、Y轴导轨(4)、工件装夹装置(5)、伺服电机(6)、激光位移传感器(7)组成；
底座(1)放置在工作台上，用于固定工件装夹装置(5)和X轴导轨(2)，底座(1)的上表面应保证较高的平面度及水平度，为测量装置提供高精度的基准平台。
X轴导轨(2)设置在底座(1)上，用于带动Y轴导轨(4)及激光位移传感器(7)沿水平方向移动。X轴导轨(2)共有两个，两者相互平行安装，分别位于待测工件的两侧，并采用连轴器同步连接，用同一个伺服电机驱动，保证激光位移传感器沿水平方向(X轴)同步运动。
Y轴导轨(4)安装在X轴导轨(2)的滑台上，与X轴导轨(2)相垂直，用于带动激光位移传感器(7)沿垂直方向移动。Y轴导轨(4)共有两个，两者相互平行安装，分别位于待测工件的两侧，并采用连轴器同步连接，用同一个伺服电机驱动，保证激光位移传感器沿垂直方向(Y轴)同步运动。
工件装夹装置(5)用于固定工件，用于将工件调整到测量装置的中间位置，保证待测工件的两侧形面均处于激光位移传感器的有效量程范围内。该装置共有三处可通过旋钮调整工件位置的支撑座，可调整控制工件在水平及垂直方向的偏移量。另外根据工件外形及对接接口的不同，也可以采用其它工件连接形式。
伺服电机(6)共有两个，分别通过减速机构与X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)相连接，用于驱动X轴导轨(2)水平运动和Y轴导轨(4)垂直运动。控制Y轴导轨(4)垂直运动的伺服电机需附带刹车装置，避免断电后Y轴滑台及激光位移传感器因重力下落。
激光位移传感器(7)安装在Y轴导轨(4)的滑台上，能够垂直上下滑动。激光位移传感器(7)有两个，分别位于待测量工件的两侧，激光位移传感器(7)在X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)的带动下同步水平或垂直运动，激光测量点始终位于工件两侧的同一对称位置，可测量出工件形面到两个激光位移传感器的距离，从而计算出待测量点的弦平面偏差值。激光位移传感器的量程可根据待测工件厚度范围确定，如工件厚度为0～50mm，激光位移传感器的量程大于工件厚度范围的一半即可满足测量要求，即可选择量程为30mm的激光位移传感器，测量误差可低于30μm。
另外该测量装置还配有X轴、Y轴的行程零位和极限位置传感器，并配备控制柜，柜内安装控制系统、伺服电机驱动系统、数据采集系统、操作控制面板、按钮和手轮等控制部件，用于实现该装置的自动及手动测量控制。
本装置测量原理：两个激光位移传感器的测量值通过数据线传输到采集装置，经AD转换及数据处理得到两个距离值D1和D2，则该测量点的弦平面偏差值为D＝(D1-D2)/2。通过伺服驱动系统控制激光位移传感器沿工件形面移动扫描，可得到该工件的弦平面偏差情况。
弦平面偏差值数值拟合方法：工件弦平面偏差测量时需要将工件三处基准点处的弦平面偏差值调整到零，该测量装置可通过手动调整工件装夹装置(5)的三处可调支撑座微调工件位置保证三处基准测量点的弦平面偏差值为零，但该操作需多次反复调整及测量才能保证基准点零位偏差满足要求，测量效率较低。为提高测量效率，本测量装置采用测量基准点偏差自动拟合补偿技术，自动计算基于三处测量基准点弦平面偏差为零时的其余测量点偏差值，无需微调工件位置即可得到基于三处基准点的整个工件的弦平面偏差数据。
一种弦平面偏差自动测量方法，具体步骤如下：
S1、先将工件放置在工件装夹装置(5)上，调整三处旋钮微调支撑座的位置，使工件位于测量装置的中间，工件的两侧待测量形面位于激光位移传感器(7)的有效测量量程内。操作时可参考激光位移传感器输出的原始弦平面偏差值，调整工件位置使原始弦平面偏差值接近于零。
S2、通过伺服电机(6)驱动X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)将激光位移传感器(7)移动到待测工件的零点部位，设置测量坐标系的X轴和Y轴零点。通过工件装夹装置(5)上的定位块，同一类工件可实现精确定位装夹，多次测量只需设置一次零点即可。
S3、通过伺服系统点位控制功能将激光位移传感器分别移动到三处工件测量基准点处，测得三处基准点的弦平面偏差值A、B、C。
S4、根据三处基准点的弦平面偏差值及点位坐标计算得到基于三处基准点的弦平面偏差变换公式，使三处基准点处的弦平面偏差值为零，其余测量点即可根据此公式计算得到相对于三处基准点所在弦平面的相对偏差值。为简化计算，优先选取直角基准点进行弦平面偏差拟合，即AB基准点连线与AC基准点连线相垂直，并分别与Y轴和X轴平行。如图1所示，A(x1,y1)、B(x1,y2)、C(x2,y1)为三处基准点，D(x，y)为任意测量点，其测量的原始弦平面偏差值分别为A、B、C、D，拟合公式为d＝D-A-(B-A)(y-y1)/(y2-y1)-(C-A)(x-x1)/(x2-x1)。d即为将A、B、C三点弦平面偏差拟合到零时D点的相对弦平面偏差。对于不能采用直角基准点的工件，也可采用基于任意三个不在同一直线的任意基准点进行弦平面偏差拟合值d的计算。
S5、测量装置可通过示教预设点位自动扫描计算待测工件的全部待测量点位的弦平面偏差值d，输出待测工件弦平面偏差数据表格；也可通过输入点位坐标或转动手轮手动控制激光位移传感器移动进行弦平面偏差值手动测量。
该弦平面偏差自动测量装置适用的翼面类工件，其为弦平面对称件，翼面边缘较薄，刚性较差，易发生变形。翼面加工过程中需对翼面弦平面变形情况进行定量测量，判断工件是否合格。
通过使用该弦平面偏差测量装置，将待测工件弦平面由手工划线测量时的水平放置改为垂直水平面放置，有效避免重力对工件弦平面变形的影响，减小了测量环节的系统偏差；测量装置采用高精度激光位移传感器自动测量弦平面偏差值，避免了手工测量时因高度及厚度测量选点不一致带来的测量偏差；采用伺服驱动装置实现弦平面偏差的快速自动测量；采用基准点偏差自动补偿方法有效避免了测量时对工件基准位置的反复调零工作，大幅度提高测量效率。
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)
1.一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：主要由底座(1)、X轴导轨(2)、Y轴导轨(4)、工件装夹装置(5)、激光位移传感器(7)组成；工件通过工件装夹装置固定在底座上，翼面的弦平面垂直于水平面放置；两个X轴导轨(2)平行设置在底座(1)上，分别位于待测工件的两侧；Y轴导轨(4)安装在X轴导轨(2)的滑台上，与X轴导轨(2)相垂直，两个Y轴导轨(4)相对的一侧的滑台上均安装有激光位移传感器(7)，Y轴导轨(4)用于带动激光位移传感器(7)沿垂直方向移动；激光位移传感器(7)在X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)的带动下同步水平或垂直运动，激光测量点始终位于工件两侧的同一对称位置，可测量出工件形面到两个激光位移传感器的距离，从而计算出待测量点的弦平面偏差值。
2.根据权利要求1所述的一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：底座(1)的上表面应保证平面度及水平度。
3.根据权利要求1所述的一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：两个X轴导轨(2)采用连轴器同步连接，用同一个伺服电机驱动。
4.根据权利要求1所述的一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：两个Y轴导轨(4)分别位于待测工件的两侧，并采用连轴器同步连接，用同一个伺服电机驱动。
5.根据权利要求1所述的一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：待测工件的两侧形面均处于激光位移传感器的有效量程范围内。
6.根据权利要求1所述的一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：激光位移传感器的量程大于工件厚度范围的一半。
7.根据权利要求1所述的一种弦平面偏差自动测量装置，其特征在于：两个激光位移传感器的测量值通过数据线传输到采集装置，经AD转换及数据处理得到两个距离值D1和D2，则该测量点的弦平面偏差值为D＝(D1-D2)/2；通过伺服驱动系统控制激光位移传感器沿工件形面移动扫描，可得到该工件的弦平面偏差情况。
8.一种采用权利要求1所述弦平面偏差自动测量装置的弦平面偏差自动测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、先将工件放置在工件装夹装置(5)上，调整位置，使工件位于测量装置的中间，工件的两侧待测量形面位于激光位移传感器(7)的有效测量量程内；
S2、通过伺服电机(6)驱动X轴导轨(2)和Y轴导轨(4)将激光位移传感器(7)移动到待测工件的零点部位，设置测量坐标系的X轴和Y轴零点；
S3、通过伺服系统点位控制功能将激光位移传感器分别移动到三处工件测量基准点处，测得三处基准点的弦平面偏差值A、B、C；
S4、根据三处基准点的弦平面偏差值及点位坐标计算得到基于三处基准点的弦平面偏差变换公式，使三处基准点处的弦平面偏差值为零，其余测量点即可根据此公式计算得到相对于三处基准点所在弦平面的相对偏差值：选取直角基准点进行弦平面偏差拟合，即AB基准点连线与AC基准点连线相垂直，并分别与Y轴和X轴平行，A(x1,y1)、B(x1,y2)、C(x2,y1)为三处基准点，D(x，y)为任意测量点，其测量的原始弦平面偏差值分别为A、B、C、D，拟合公式为d＝D-A-(B-A)(y-y1)/(y2-y1)-(C-A)(x-x1)/(x2-x1)；d即为将A、B、C三点弦平面偏差拟合到零时D点的相对弦平面偏差。
9.根据权利要求8所述的一种弦平面偏差自动测量方法，其特征在于，对于不能采用直角基准点的工件，采用基于任意三个不在同一直线的任意基准点进行弦平面偏差拟合值d的计算。
10.根据权利要求8所述的一种弦平面偏差自动测量方法，其特征在于，测量装置通过预设点位自动扫描计算待测工件的全部待测量点位的弦平面偏差值d，输出待测工件弦平面偏差数据表格；或者通过输入点位坐标或转动手轮手动控制激光位移传感器移动进行弦平面偏差值手动测量。
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