CN115070507A - 一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，通过在线测量软件测量待加工的复合材料零件型面上各待加工点的实际坐标点值，形成零件实测点云，并根据该零件实测点云修正零件加工坐标系，使最终加工出合格的产品。本发明通过在线测量软件，可同时分析零件多个实测点，形成实测点云，实时反应零件型面的实际情况及待加工点的分布位置情况，并设置试切验证，且试切后再次进行在线测量，验证修正结果，为复合材料零件加工提了非常进准的加工基准。且本发明采用EXCEL计算方式，能够快速的计算出复合材料零件型面各点坐标的偏移值，保证快速精准加工复合材料零件，具有良好的使用价值。

Description

一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法

技术领域

本发明涉及一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法。

背景技术

复合材料具有质量轻，较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、减震、耐高(低)温等特点，可满足航空航天等尖端技术使用的需求。然而，采用复合材料制备的零件在具备优越的材料性能的同时也存在弊端——变形。特别是大曲率厚壁复合材料零件，其成型后几乎每件零件产品的型面均会出现偏差，且偏差值各不相同。这就导致了该类零件成型后，其上的定位基准孔失效，无法为后续的加工提供精准的加工基准，致使加工困难，或直接导致零件报废，造成大量的损失。

针对复合材料零件精准加工的方法，业内进行了很多研发。例如，中国专利文献CN112197725A公开一种大型复合材料零件加工工装的精准定位方法，通过在大型复合材料零件的加工工装上选取基准点建立空间坐标系，并对比该基准点在机床坐标系下的实测值与其在工装数模坐标系下的设计值，验证工装定位的精准度，并进行调整，进而精确定位加工复合材料零件。该方法虽然有效解决了大型复合材料零件加工工装精准定位的问题，但其针对的是大型复合材料零件在加工工装在工作台面上的误差，而对于由于零件本身变形引起的定位基准孔失效并不适应。

因此，如何应对复合材料零件本身变形引起定位基准孔失效，提供精准加工基准，仍是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述的复合材料零件本身变形引起定位基准孔失效的问题，本发明提供一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法；利用在线测量软件分析零件实测点，确认零件型面的偏差值，进行试切修证偏差，并验证后再进行零件加工，从而克服了复合材料零件本身变形引起定位基准孔失效的问题，并提供了精准的加工基准。具体技术方案如下：

一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，通过在线测量软件对待加工的复合材料零件型面多个位点进行测量，形成零件实测点云，并根据该零件实测点云计算出零件型面偏移值，进而修正零件加工坐标系，以加工出合格的产品。

前述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1)：将待加工的复合材料零件按照设计的基准定位到加工工装上，并根据工装基准建立零件加工坐标系；

步骤2)：使用在线测量软件对该复合材料零件型面选取多个位点进行检测，形成零件实测点云，并计算出所选的零件型面偏移角度值；

步骤3)：根据计算得到的零件型面偏移角度值，修正零件加工坐标系；

步骤4)：执行验证程序，试切加工复合材料零件外型轮廓；

步骤5)：然后再次使用在线测量软件测量试切后的复合材料零件各位点的位置状态，确认修正后的坐标值是否满足工程要求，并显示偏差方向；

步骤6)：若修正后的点值满足工程要求，则执行加工程序，完成加工工序；若不满足，则再次修正零件加工坐标系，并使用在线测量软件再次测量验证，直至确认修正后的坐标值满足工程要求后再进行加工。

作为优选的技术方案的，步骤2)中，所述线测量软件为FormControl，所测量的位点通过人工根据零件型面特点自主选取。

作为优选的技术方案的，步骤2)中，所述计算零件型面偏移角度值的计算方法为：

步骤2-1)：测量各位点的x轴偏移值a和y轴偏移值b；

步骤2-2)：计算所有测量位点的x轴偏移值的平均数

及y轴偏移值平均数

步骤2-3)：通过反正切函数计算零件型面的偏移角度∠A，其公式为：

其中，

为所有测量位点的x轴偏移值的平均数，

为所有测量位点的y轴偏移值平均数。

作为进一步优选的技术方案的，所述计算零件型面偏移角度值为通过EXCEL完成。

作为优选的技术方案的，步骤4)中，所述试切为通过NC设备直接试切加工复合材料零件的外型轮廓。

作为优选的技术方案的，步骤5)中，所述确认修正后的坐标值是否满足工程要求具体为：确认所选零件型面测量位点在修正后的零件加工坐标系中与测量软件中的坐标差值是否满足工程要求。

作为进一步优选的技术方案的，所述坐标差值包括x轴偏差值a和y轴偏差值b，a、b的取值范围为±0.2mm～±0.5mm。

作为优选的技术方案的，步骤5)中，所述显示偏差方向包括所测各位点x轴的偏差方向、y轴的偏差方向以及综合法相L；所述综合法相L为根据x轴的偏差方向、y轴的偏差方向综合计算获得，用于判断点值超差方向。

作为进一步优选的技术方案的，所述综合法相L的计算方程式为：

其中：a为所测量位点的x轴偏差值，b为所测量位点的y轴偏差值。

本发明有益效果：

1)本发明利用在线测量软件分析零件实测点，确认复合材料零件型面的偏差值，进行试切修证偏差，并验证后再进行零件加工，从而克服了复合材料零件本身变形引起定位基准孔失效的问题，并提供了精准的加工基准。

2)本发明通过在线测量软件，可同时分析零件多个实测点，形成实测点云，实时反应零件型面的实际情况及待加工点的分布位置情况。

3)本发明通过结合在线测量软件，设置试切验证环节，试切后再次进行在线测量，验证修正结果，若不符合再次调整进行试切验证，直至符合要求，为复合材料零件加工提了非常精准的加工基准。

4)本发明在线测量软件结合EXCEL计算方式，能够快速的计算出复合材料零件型面各点坐标的偏移值，加快修正过程，快速获得精准的加工基准。

5)本发明根据线测量软件测量后的点值修正、调整零件加工坐标系，确认测量结果满足工程要求后进行加工，保证加工的准确性。

附图说明

图1为本发明在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法的流程图；

图2为本发明实施例中流道板零件结构示意图；

图3为本发明实施例中在线测量软件FormControl中流道板零件在线测量的位点界面示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明较佳实施例，而不是全部的实施例，亦并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用所揭示的技术内容加以变更或改型等同变化。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

具体实施例如下：

本实施例是一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，通过在线测量软件对待加工的复合材料零件型面多个位点进行测量，形成零件实测点云，并根据该零件实测点云计算出零件型面偏移值，进而修正零件加工坐标系，以加工出合格的产品。如图1所示，该方法具体包括以下步骤：

步骤1)：将待加工的复合材料零件按照设计的基准定位到加工工装上，并根据工装基准建立坐标系作为零件加工坐标系；

步骤2)：使用在线测量软件FormControl对该复合材料零件型面选取多个位点进行检测，形成零件实测点云，并计算出所选的零件型面偏移角度值；所测量的位点通过人工根据零件型面特点自主选取。

步骤3)：根据计算得到的零件型面偏移角度值，修正零件加工坐标系；集体计算方法为：

步骤2-1)：测量各位点的x轴偏移值a和y轴偏移值b；

步骤2-2)：计算所有测量位点的x轴偏移值的平均数

及y轴偏移值平均数

步骤2-3)：通过反正切函数计算零件型面的偏移角度∠A，其公式为：

其中，

为所有测量位点的x轴偏移值的平均数，

为所有测量位点的y轴偏移值平均数，该计算过程优选通过EXCEL完成，以快速给出复合材料零件在加工工装上的位置情况。

步骤4)：执行NC设备的验证程序，试切加工复合材料零件外型轮廓；

步骤5)：然后再次使用在线测量软件测量试切后的复合材料零件各位点的位置状态，确认修正后的坐标值是否满足工程要求，即确认所选零件型面测量位点在修正后的零件加工坐标系中与测量软件中的坐标差值是否满足工程要求，并显示偏差方向。所述坐标差值包括x轴偏差值a和y轴偏差值b，a、b的取值范围为±0.2mm～±0.5mm。所述显示偏差方向包括所测各位点x轴的偏差方向、y轴的偏差方向以及综合法相L；所述综合法相L为根据x轴的偏差方向、y轴的偏差方向综合计算获得用于判断点值超差方向；具体的计算方程式为：

其中：a为所测量位点的x轴偏差值，b为所测量位点的y轴偏差值。

步骤6)：若修正后的点值满足工程要求，则执行加工程序，完成加工工序；若不满足，则再次修正零件加工坐标系，并使用在线测量软件再次测量试切验证，直至确认修正后的坐标值满足工程要求后再进行加工。

例如，飞机流道板零件的在线测量辅助精准加工，该零件为大曲率厚壁复合材料零件，其结构如图2所示。其通过热压罐成型后存在一定的型面误差，因此其原有的基准孔失效，无法精准完成后续的切钻加工。如果强行以原有基准孔加工，则获得工件不符合产品要求，将造成该零件直接报废，造成人力物力的浪费。因此，采用上述的在线测量辅助加工方法进行加工，具体操作如下：

首先，将该流道板零件根据工装基准进行初定位，确定零件在工装上的位置不会跑偏太多。然后使用FormControl在线测量软件对其进行检测，随机选取测量位点，如图3所示，确认零件型面的偏差值。在线测量报告如表1所示。

表1.流道板零件第一次在线测量报告

注：表中，测量位点为人工根据零件状态及结构自主选择；名义值：L代表综合法相数据，用于判断点值超差方向；X代表X轴轴向上点值；Y代表Y轴向上点值。实际值是是指所选位点在零件加工坐标系下的坐标值；测量值为所选位点在线测量软件FormControl中的坐标值，差值是指实际值与测量值的差；公差±0.5(mm)为根据精度需要自定义，正值为上差，负值为下差；偏差状态为根据公差判断，所选位点在零件加工坐标系中和在线测量软件FormControl中的偏差方向。例如：点1.55，其X轴出现偏差a为0.666，Y轴偏差b为0.025，，所以

超出精度公差要求，且根据差值显示其超出的是下差。

从上表1可以看出，在线测量软件测得的各点坐标值与其在加工坐标系下的坐标值均存在偏差，在EXCEL中，计算所有测量位点的x轴偏移值的平均数

及y轴偏移值平均数

并通过反正切函数计算零件型面的偏移角度∠A。

将计算得到的零件型面的偏移角度∠A输入NC设备的坐标轴修正零件加工坐标系，并执行NC设备验证试切加工零件外型轮廓；然后再次使用在线测量检测试切后零件的位置状态，如表2所示。

表2.流道板零件第二次在线测量报告

由表2可以看出，各点经在线测量软件测得的云坐标值与其在加工坐标系下的坐标值虽然均仍存在偏差，但经判断，各偏差均在公差以内，因此只需要进一步修正调整加工坐标系，使各点偏差符合加工精度要求±0.2mm即可。因此，在EXCEL中再次计算所有测量位点的x轴偏移值的平均数

及y轴偏移值平均数

并通过反正切函数计算零件型面的偏移角度∠A，并将计算得到的零件型面的偏移角度∠A输入NC设备的坐标轴修正零件加工坐标系，再次执行NC设备验证试切加工零件外型轮廓；然后再次使用在线测量检测试切后零件的位置状态，如表3所示。

表3.流道板零件第三次在线测量报告

从表3可以看出，各点经在线测量软件测得的坐标值与其在加工坐标系下的坐标值均虽仍存在偏差，但经判断，各偏差已符合工程要求，可执行加工程序。

总体而言，本发明利用在线测量软件分析零件实测点，确认复合材料零件型面的偏差值，进行试切修证偏差，并验证后再进行零件加工，从而克服了复合材料零件本身变形引起定位基准孔失效的问题，并提供了精准的加工基准。

本发明通过在线测量软件，可同时分析零件多个实测点，形成实测点云，实时反应零件型面的实际情况及待加工点的分布位置情况。并通过结合在线测量软件，设置试切验证环节，试切后再次进行在线测量，进一步保证复合材料零件加工基准的精确性。且本发明在线测量软件结合EXCEL计算方式，能够快速的计算出复合材料零件型面各点坐标的偏移值，加快修正过程，快速获得精准的加工基准，并根据线测量软件测量后的点值修正、调整零件加工坐标系，确认测量结果满足工程要求后进行加工，保证加工的准确性，具有良好的使用价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：通过在线测量软件对待加工的复合材料零件型面多个位点进行测量，形成零件实测点云，并根据该零件实测点云计算出零件型面偏移值，进而修正零件加工坐标系，以加工出合格的产品。

2.根据权利要求1所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

步骤1)：将待加工的复合材料零件按照设计的基准定位到加工工装上，并根据工装基准建立零件加工坐标系；

步骤2)：使用在线测量软件对该复合材料零件型面选取多个位点进行检测，形成零件实测点云，并计算出所选的零件型面偏移角度值；

步骤3)：根据计算得到的零件型面偏移角度值，修正零件加工坐标系；

步骤4)：执行验证程序，试切加工复合材料零件外型轮廓；

步骤5)：然后再次使用在线测量软件测量试切后的复合材料零件各位点的位置状态，确认修正后的坐标值是否满足工程要求，并显示偏差方向；

步骤6)：若修正后的点值满足工程要求，则执行加工程序，完成加工工序；若不满足，则再次修正零件加工坐标系，并使用在线测量软件再次测量试切验证，直至确认修正后的坐标值满足工程要求后再进行加工。

3.根据权利要求1所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：步骤2)中，所述线测量软件为FormControl，所测量的位点通过人工根据零件型面特点自主选取。

4.根据权利要求1所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：步骤2)中，所述计算零件型面偏移角度值的计算方法为：

步骤2-1)：测量各位点的x轴偏移值a和y轴偏移值b；

步骤2-2)：计算所有测量位点的x轴偏移值的平均数

及y轴偏移值平均数

步骤2-3)：通过反正切函数计算零件型面的偏移角度∠A，其公式为：

其中，

为所有测量位点的x轴偏移值的平均数，

为所有测量位点的y轴偏移值平均数。

5.根据权利要求4所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：所述计算零件型面偏移角度值为通过EXCEL完成。

6.根据权利要求2所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：步骤4)中，所述试切为通过NC设备直接试切加工复合材料零件的外型轮廓。

7.根据权利要求2所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：步骤5)中，所述确认修正后的坐标值是否满足工程要求具体为：确认所选零件型面测量位点在修正后的零件加工坐标系中与测量软件中的坐标差值是否满足工程要求。

8.根据权利要求7所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：所述坐标差值包括x轴偏差值a和y轴偏差值b，a、b的取值范围为±0.2mm～±0.5mm。

9.根据权利要求8所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：步骤5)中，所述显示偏差方向包括所测各位点x轴的偏差方向、y轴的偏差方向以及综合法相L；所述综合法相L为根据x轴的偏差方向、y轴的偏差方向综合计算获得，用于判断点值超差方向。

10.根据权利要求9所述的在线测量辅助复合材料零件精准加工的方法，其特征在于：步所述综合法相L的计算方程式为：

其中：a为所测量位点的x轴偏差值，b为所测量位点的y轴偏差值。

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