CN115824043A - 一种箱底结构高精度检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箱底结构高精度检测系统，扫描模块全自动采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据；双动态跟踪控制模块实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系；柔性测量装置固定箱底结构，可带动箱底结构实时调姿调速，测量平台内预埋基准靶点，柔性工装可根据贮箱型面随型支撑；集成控制模块拟合扫描模块、双动态跟踪控制模块和柔性测量装置的动作。该全自动集成检测系统，无需翻转箱底，一次扫描实时得到5米级箱底结构的型面偏差、壁厚数据及精准形位偏差等。本发明还公开了一种基于上述系统的检测方法。实现了5米级超大尺寸贮箱箱底实时全自动化在线检测，填补了5米级直径贮箱整体构件测量空白，并为超大尺寸构件精度检测拓宽了思路。

Description

一种箱底结构高精度检测系统及方法

技术领域

本发明属于贮箱箱底检测技术领域，具体涉及一种超大尺寸整体成型箱底结构高精度检测系统及方法。

背景技术

燃料贮箱箱底是贮箱部件中结构较复杂、制造难度系数大，生产周期长的关键产品，随着航天事业的进步，目前箱底采用“8块瓜瓣+1个顶盖”的多块拼焊方案已不能满足发展要求。为实现有效减轻结构质量，显著增加有效载荷，提高火箭整体可靠性，采用贮箱箱底整体式成形技术，获得不带焊缝的5米级超大尺寸一体式复杂曲面薄壁构件，是保证未来运载火箭高可靠性、高运载能力的主要发展方向。采用旋压成形技术获得超大尺寸整体式箱底是目前国内外发展的主流技术之一，其对提高构件强度和硬度性能、简化模具结构和工序等方面优势显著，由此产生了5米级直径整体箱底复杂型面结构。

一方面，5米级贮箱箱底结构因其需承受较大载荷，内、外表面不同位置需搭载各种传感器支架，因此整体箱底构件型面精度偏差、壁厚数据、搭载传感器位置的特征孔实际形位尺寸等技术指标均有严格要求；另一方面，整体箱底成形路径为旋压出预制毛坯后再机加减薄，预制毛坯的型面轨迹和壁厚数据，是指导后续机加减薄的直接依据；进一步，5米级贮箱箱底结构属于超大尺寸复杂型面构件，旋压后产品型面回弹数据是指导后期模具反向修模的直接依据。综上所述，对5米级整体箱底结构的型面偏差精度、壁厚数值、产品形位特征等数据均提出了高精度检测需求。

现有数字化检测手段一般为借助激光扫描、拍照式扫描等原理，人工手持或者机器人夹持扫描仪，通过扫描仪发射激光，快速获取物体表面的三维数据，再经C-track跟踪整个系统的参照模型，保证定位基准，建立与计算机之间的交换数据。实现对被测工件表面坐标的实时提取，其扫描行程和跟踪范围均有严格尺寸限制，三维扫描在汽车覆盖件、复杂铸锻件上应用较广泛，但产品对象一般尺寸较小，针对5米级直径超大尺寸复杂型面构件的精度检测尚无成熟应用。针对超大尺寸构件的精度检测，对扫描行程、信号数据精准跟踪反馈、测量系统的高度集成和自动化水平，以及如何保证精测精度和检测效率等均提出了全新的要求。因此，发展针对5米级超大尺寸整体构件的实时、高效、智能、精准检测技术是亟需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种超大尺寸箱底结构高精度检测系统及方法，解决了现有超大尺寸箱底结构的检测过程中需实现的超大测量行程、实时、高效、智能、精准检测的技术问题，本发明能够同时满足超大构件全自动化、集成化在线检测要求。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

本发明根据5米级超大尺寸贮箱箱底构件扫描行程、所需检测参数和检测精度、检测效率的整体要求，提出一种箱底结构高精度检测系统及方法，采用三维扫描非接触式测量，无需贴取目标点，结合全自动扫描模块和双动态跟踪控制模块，将整体构件翻转放置在支撑工装上，支撑工装通过级超大直径平台定速旋转，可实现多角度扫描。本发明能够同时满足全自动化、集成化在线检测要求。

一种箱底结构高精度检测系统，包括全自动扫描模块、双动态跟踪控制模块、柔性测量装置和集成控制模块；

全自动扫描模块用于沿预定轨迹全自动采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块；

双动态跟踪控制模块用于实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系，并将参照关系传输给集成控制模块；

柔性测量装置用于固定箱底结构，并带动箱底结构转动，柔性测量装置内预埋基准靶点；

集成控制模块用于控制全自动扫描模块、双动态跟踪控制模块和柔性测量装置的动作；集成控制模块用于接收三维点云数据和参照关系，根据三维点云数据和参照关系建立包含箱底结构内型面和外型面的箱底结构三维模型，得到箱底结构的型面偏差和壁厚数据。

进一步的，全自动扫描模块包括六轴机器人和由六轴机器人夹持的激光三维扫描仪；

六轴机器人的展臂行程≥2米，六轴机器人带动激光三维扫描仪进行沿箱底母线方向和周向方向的全自动运动，激光三维扫描仪实现自身绕夹持位置的360°运动。

进一步的，双动态跟踪控制模块为包括可移动跟踪模块和固定跟踪模块的双跟踪集成模块；

可移动跟踪模块，为龙门双轴向可移动式，其跟随激光三维扫描仪实时动态移动，具有X轴移动和Z轴升降功能，保证对扫描反射数据的全覆盖，X轴和Z轴分别为箱底结构径向和竖直方向；

固定跟踪模块为地面固定式，与动态追踪互为补偿，固定跟踪模块跟踪柔性测量装置内的基准靶点和可移动跟踪模块，可选的，同时覆盖全部基准靶点和可移动跟踪模块。本发明的工件尺寸较大，仅采用一个可移动跟踪模块时，无法保证可移动跟踪模块在跟随激光三维扫描仪实时动态移动过程中同时覆盖基准靶点，本发明采用可移动跟踪模块和固定跟踪模块互为补偿，可实现精准参照。

进一步的，柔性测量装置包括旋转平台；

旋转平台的直径＞箱底结构最大直径；

旋转平台的旋转速度在2～8mm/s范围内可调节；

旋转平台包括执行机构、驱动系统和位置反馈装置，驱动系统驱动执行机构转动，位置反馈装置获取执行机构的实时位置，并在执行机构到达预定转动位置时反馈用于控制驱动系统停止工作的指令。

进一步的，柔性测量装置还包括支撑工装；

支撑工装为由若干根主支撑杆和若干根辅助支撑杆组成的框架结构，主支撑杆垂直于旋转平台，辅助支撑杆连接于主支撑杆之间，箱底结构置于主支撑杆的上端；

主支撑杆的上端接触面设有柔性材料，利用柔性材料形成随型结构，主支撑杆的高度随箱底结构外型面进行调整，实现随型支撑。

进一步的，主支撑杆为4的倍数，每4根支撑杆关于箱底结构轴线对称设置；

旋转平台上设有支撑工装安装孔位及靶标点装配孔位，旋转平台内间隔预埋基准靶点，用以建立基准坐标系和实现靶点追踪；

支撑工装安装于旋转平台的固定点位上，支撑工装反复安装后重复性精度≤0.1mm；

支撑工装内预埋基准靶点。

进一步的，箱底结构以开口向上的方式固定于测量平台上；

集成控制模块还根据箱底结构三维模型得到箱底结构的特征孔形位尺寸；

箱底结构的直径≥5m。

一种箱底结构高精度检测方法，采用上述检测系统实现，包括：

建立坐标系，提取柔性测量装置预埋的基准靶点位置，根据基准靶点在坐标系中的位置确定空间基准；

将箱底结构以开口向上的方式固定于柔性测量装置上；

集成控制模块控制柔性测量装置带动箱底结构转动，集成控制模块控制全自动扫描模块采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块；同时集成控制模块控制双动态跟踪控制模块实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系，并将参照关系传输给集成控制模块；

集成控制模块接收三维点云数据和参照关系，根据三维点云数据、参照关系以及空间基准建立包含箱底结构内型面和外型面的箱底结构三维模型，根据箱底结构三维模型得到箱底结构的型面偏差和壁厚数据。

进一步的，全自动扫描模块包括六轴机器人和由六轴机器人夹持的激光三维扫描仪；六轴机器人带动激光三维扫描仪进行沿箱底母线方向和周向方向的全自动运动，激光三维扫描仪实现自身绕夹持位置的360°运动；

集成控制模块控制测量平台带动箱底结构转动，集成控制模块控制扫描模块采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块的具体方法为：

全自动扫描模块采集箱底结构周向θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据；

柔性测量装置带动箱底结构转动θ角度后停止，扫描模块采集箱底结构下一θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据；

重复上述步骤，直至完成箱底结构周向范围内的内型面和外型面的全面扫描。

进一步的，θ为90°；

扫描模块采集箱底结构θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据时，全自动扫描模块完成内侧单面数据扫描，执行Y轴回退，Z轴沿箱底结构母线上下移动，扫描另一面曲面数据，依靠双面扫描获得箱底结构壁厚数据；Y轴和Z轴分别为箱底结构径向和竖直方向。即，六轴机器人带动激光三维扫描仪沿一个型面的母线方向运动，激光三维扫描仪同时对θ角度范围内的该型面进行扫描，后六轴机器人带动激光三维扫描仪沿另一型面的母线方向运动，激光三维扫描仪同时对θ角度范围内的该型面进行扫描；六轴机器人带动激光三维扫描仪沿母线方向运动时，运动行程的两端点为箱底结构底部中心和边缘。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明针对≥5m米级贮箱箱底整体旋压构件提出的型面偏差、厚度数据等全自动在线检测要求，创造性的提出一种箱底结构高精度检测系统，利用多个功能模块的配合实现了大尺寸贮箱箱底实时全自动化在线检测，填补了大尺寸整体构件精度检测空白，为超大尺寸构件精度检测拓宽了思路；

(2)本发明设置了可移动C-track跟踪模块和固定C-track跟踪模块，利用双C-track跟踪的相互补偿实现了全量程范围的实时追踪；

(3)本发明通过扫描模块和柔性测量装置的共同动作，其中扫描模块可同时实现X、Y和Z轴的轨迹移动和360°旋转，柔性测量装置可实时调速调姿，满足超大尺寸深腔构件母线和周向的全尺寸检测需求；

(4)本发明设置了特殊结构的支撑工装，能够对工件进行随型支撑，且有效减小了支撑工装与工件的接触面积，最大限度的降低了支撑工装对工件外型面扫描的影响，提高了三维扫描的完整性和准确性；

(5)本发明测量方法中，采用分段扫描+一次采集的方式实现了对工件的全面扫描，扫描路径合理，有利于提高自动化程度，节约人力成本，提高检测效率。

(6)全自动双面扫描方法，无需翻转产品，通过两面位置基准数据拟合一次测量即可实时获取超大尺寸构件厚度数据。

附图说明

图1为燃料贮箱箱底尺寸示意图；

图2为本发明箱底结构高精度检测系统示意图；

图3为本发明柔性支撑装置示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

现有复杂构件精度检测有激光扫描、拍照式扫描等测量方法，一般依靠手持或者机械手夹持三维扫描仪两种方式，扫描行程极大程度受到人或机械手展臂行程的限制，一般可测量构件尺寸较小，且数据跟踪系统覆盖范围较小，扫描系统和跟踪系统均无法满足如图1所示的5米级超大尺寸构件测量行程要求。传统测量手段可以依靠移动产品或扫描设备，采取局部扫描再整体拼接方案，但该方法需多次大量贴取基准靶点，既极大增加工作量，且拼接精度也无法保证。现有厚度检测需单独依靠测厚仪逐点式测量，且获得离散数据，无法对整个型面进行整合，难以捕捉偏差极限值。综上所述，现有检测方法从检测精度、检测效率、自动化集成水平上均不能满足5米级超大尺寸整体构件的检测需求。

本发明能够突破5米级直径超大构件精度检测技术限制，开发与之匹配的柔性测量装置，建立全自动化扫描和双动态跟踪控制系统、可旋转柔性支撑平台及工装，实现其全自动化集成，无需翻转5米级贮箱箱底构件，通过一次扫描，即可实时获得构件型面精度偏差、壁厚数据及特征孔精准形位偏差等关键检测数据，整体扫描精度0.1mm以内，满足5米级超大尺寸整体箱底构件测量需求，填补5米级直径贮箱整体构件现有测量技术的空白，提供一种可借鉴的超大尺寸复杂型面薄壁构件整体测量方案和测量装置。

如图2，本发明提供一种箱底结构高精度检测系统，包括全自动扫描模块、双动态跟踪控制模块、柔性测量装置和集成控制模块；

扫描模块可沿预定轨迹，全自动采集超大尺寸箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块；

双动态跟踪控制模块用于实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系，并将参照关系传输给集成控制模块；

柔性测量装置采用超大直径、可实时调速调姿的旋转平台带动随型柔性工装，用于固定箱底结构，并带动箱底结构按需调速调姿，测量平台内预埋基准靶点；

集成控制模块用于控制扫描模块、双动态跟踪控制模块和柔性测量装置的动作；集成控制模块用于接收三维点云数据和参照关系，根据三维点云数据和参照关系建立包含箱底结构内型面和外型面的箱底结构空间点云数据，无需翻转箱底，一次扫描，得到超大尺寸箱底结构的型面偏差、壁厚数据及形位精度偏差等。

扫描模块包括六轴机器人和由六轴机器人夹持的激光三维扫描仪；

六轴机器人的展臂行程≥2米，六轴机器人带动激光三维扫描仪可进行沿箱底母线方向和周向方向的任意全自动运动，激光三维扫描仪实现自身绕夹持位置的360°运动。

双动态跟踪控制模块包括可移动跟踪和固定跟踪的双C-track集成模块；

可移动C-track跟踪模块，采用龙门双轴向可移动式，其跟随扫描仪实时动态移动，具有X轴移动和Z轴升降功能，实时建立精准参照关系；

固定C-track跟踪模块为地面固定式，与动态追踪互为补偿，实现超大尺寸全量程范围内的实时追踪。

柔性测量装置包括可调姿调速的超大尺寸旋转平台和柔性支撑工装；

旋转平台的直径＞箱底结构最大直径；

旋转平台的旋转速度在2～8mm/s范围内可调节；

旋转平台包括执行机构、驱动系统、控制系统和位置反馈装置，驱动系统驱动平台转动，位置反馈装置获取平台的实时位置，并在平台到达预定转动位置时反馈用于控制驱动系统停止工作的指令。

平台上设有工装安装孔位及靶标点装配孔位，平台内间隔预埋基准靶点，用以建立基准坐标系和实现靶点追踪。

柔性测量装置还包括轻量化随型支撑工装；

支撑工装为由若干根主支撑杆和若干根辅助支撑杆组成的框架结构，主支撑杆垂直于旋转平台，辅助支撑杆连接于主支撑杆之间，箱底结构置于主支撑杆的上端；主支撑杆的上端接触面采用随型结构，高度随箱底结构外型面可进行拆卸调整，实现随型支撑。

主支撑杆为4的倍数，每4根支撑杆关于箱底结构轴线对称设置；

支撑工装安装于旋转平台的固定点位上，支撑工装反复装夹后重复性精度≤0.1mm；

支撑工装内预埋基准靶点。

柔性支撑工装可进行避障路径规划，通过虚拟建模和仿真运动，系统校准自动化动作。

集成控制系统连接扫描模块、双动态跟踪控制模块和柔性测量装置。通过通讯方式控制各模块，由程序控制和电气定位系统组成，按期对执行机构发出指令，并实时监控机构动作。

集成控制模块控制柔性测量装置带动箱底结构调速调姿，集成控制模块控制扫描模块采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块；同时集成控制模块控制双动态跟踪控制模块实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系，并将参照关系传输给集成控制模块；

集成控制模块接收三维点云数据和参照关系，根据三维点云数据、参照关系以及空间基准建立包含箱底结构内型面和外型面的箱底结构实时数据，根据后处理检测型面偏差和壁厚数据等关键特征。

一种箱底结构高精度检测方法，采用上述检测系统实现，包括：

调试定位程序，即调整工装定位程序，保证柔性测量工装在平台指定位置；

建立坐标系，提取柔性测量装置预埋的基准靶点位置，根据基准靶点在坐标系中的位置确定空间基准；

将箱底结构以开口向上的方式固定于柔性测量工装上，装入工装限位；

扫描模块完成内侧单面数据扫描，执行Y轴回退，Z轴沿箱底母线上下移动，扫描另一面曲面数据，依靠双面扫描获得构件壁厚数据；

超大尺寸构件检测，全自动扫描系统通过预定扫描轨迹，完成一定周向范围内构件数据扫描后，旋转平台调速旋转一定角度，执行下一步扫描，直至完成全部扫描过程；

扫描全程，双动态跟踪控制系统实时追踪，随着扫描系统动态位置变化，双轴向移动C-track跟踪系统通过X轴移动和Z轴升降随时调姿，保证对扫描反射数据的全覆盖；

扫描后，集成系统采集全部表面数据，分析评估扫描数据，实时出具型面偏差、壁厚数据、特征孔形位尺寸在内的检测报告；

检测方法中采用双面扫描方案，通过两面位置基准数据拟合，一次测量即可实时获取整体构件上各处厚度数据。

检测方法中，扫描模块采集箱底结构θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据；

柔性测量装置带动箱底结构转动θ角度后停止，扫描模块采集箱底结构下一θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据；

重复上述步骤，直至完成箱底结构周向范围内的内型面和外型面的全面扫描。

检测方法中，θ为90°；

扫描模块采集箱底结构θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据时，扫描模块沿一个型面的母线方向运动，激光三维扫描仪同时对θ角度范围内的该型面进行扫描，扫描系统沿另一母线方向运动，扫描同时对θ角度范围内的该型面进行扫描；

扫描模块沿母线方向运动时，运动行程的两端点为箱底结构底部中心和边缘。

本发明检测系统中，扫描模块全自动采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据；双动态跟踪控制模块实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系；柔性测量装置包括5米级超大直径旋转平台和匹配轻量化工装，测量平台装夹柔性测量工装，固定箱底结构，可带动箱底结构实时调姿调速，测量平台内预埋基准靶点，柔性工装可根据贮箱型面随型支撑；集成控制模块拟合扫描模块、双动态跟踪控制模块和柔性测量装置的动作。

该全自动集成检测系统，无需翻转箱底，一次扫描实时得到5米级箱底结构的型面偏差、壁厚数据及精准形位偏差等。本发明还公开了一种基于上述系统的检测方法。本发明实现了5米级超大尺寸贮箱箱底实时全自动化在线检测，填补了5米级直径贮箱整体构件测量空白，并为超大尺寸构件精度检测拓宽了思路。

实施例：

(1)全自动化扫描模块

扫描模块包括六轴机器人及其夹持的激光三维扫描仪，测量稳定性提升一个等级，机器人展臂行程可达2米，使得扫描半径可达2.5米，通过铺设导轨，可实现Y轴移动和Z轴移动。通过控制系统集成后，扫描模块可前后和上下沿预定轨迹移动，从而实现对5米级大直径深腔构件沿母线方向各点的采集需求。本发明坐标系以旋转平台中心为原点，竖直为Z轴，径向为Y轴，另一与Y轴垂直的径向为X轴。

(2)双动态跟踪控制模块

跟踪测量模块，可跟踪整个系统的参照模型，确保精确定位，进行图像采集和传输，与计算机之间交换数据，存储传感器数据等。为满足5米级大尺寸整体构件测量需求，设置双C-track跟踪，其一为设置龙门可移动式双轴向移动C-track跟踪模块，具有X轴移动和Z轴升降功能，保证跟踪系统随扫描动态移动过程中，实时建立精准参照关系。另一动态跟踪模块为地面固定位置，高度1500mm，与动态追踪互为补偿。该系统设置后实现了对5米级超大尺寸构件全量程范围的实时追踪。

(3)柔性测量装置

柔性测量装置主要包括超大直径旋转平台和匹配轻量化支撑工装组成，其中平台为5.5米级可调速旋转平台，平台上设置与整体构件型面曲线保持一致的柔性随型支撑工装。5米级旋转平台由执行机构(含齿轮、平台、导轨、焊接支撑台等)、驱动系统、控制系统、位置反馈装置等系统组成。旋转平台直径5.5米，采用铸铁平台精加工，平台上需要有工装安装孔位，及靶标点装配孔位，平台驱动由伺服电机驱动，PLC程序控制转速。平台内每100mm预埋基准靶点，可有效建立基准坐标系和实现靶点追踪，平台旋转速度2-8mm/s实时可调，旋转平台可进一步解决5米级贮箱整体构件测量行程全覆盖问题，保证一次扫描可全部收集5米级整体构件的全部坐标数据。

如图3，支撑工装采用轻量化随型设计，支撑工装放置在旋转平台固定点位上，工装反复装夹后重复性精度可达0.1mm以内。支撑工装接触面采用随型结构，并根据产品尺寸设计了可调节支撑点，可根据实际型面变化调节支撑位置高度(可以采用使支撑杆伸缩或拆装支撑杆的方式调节高度)，工装内预埋标定靶点，保证坐标基准性，具体结构如图2所示。通过设计并采用该套支撑工装，实现了同一基准坐标系下双面的实时扫描需求，随型支撑结构也有效克服了产品因自身重力带来的变形问题，实现前期点云数据的精准扫描。

支撑工装行径可通过控制系统进行避障路径规划，通过对障碍物进行提前建模，将障碍物和定位工装在虚拟环境中进行仿真运动，也可将障碍物与定位工装三维映射成二维达到路径规划要求。同时配置自动化标定工装，满足测量前系统校准过程实现自动化动作。

(4)集成控制模块

包括控制系统和测量软件，控制系统使旋转平台和机器人按工作需求的运动轨迹进行工作，PLC控制器通过通讯方式控制旋转平台伺服电机到达相应位置，并通过光栅尺检测到定位位置信号后通过信号反馈至PLC控制系统，PLC系统通讯至机器人并开始连接。整个控制系统由程序控制系统和电气定位系统组成。它支配着机器人和旋转平台按着规定的程序运动，并记忆指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按期控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时对执行机构动作进行监控，当动作有错误或发生故障时及时发出报警信号。

本发明基于上述系统提出一种箱底结构高精度检测方法，采用双面扫描方案，通过两面位置基准数据拟合一次测量即可实时获取5米级构件上各处检测数据。该方法的工作步骤包括：

S1定位程序调试，即调整被检工件的工装定位程序，保证柔性测量支撑工装在平台指定位置；

S2建立坐标系，提取旋转平台和支撑工装预埋靶点位置，确定空间基准；

S3 5米构件定位，将被测构件转运至旋转平台，装入支撑工装限位，5米构件采用翻转放置方式，开口朝上，扫描仪完成内侧单面数据测量后，机器人执行Y轴回退，扫描另一侧曲面数据，依靠双面扫描获得5米级构件壁厚数据测量；

S4 5米构件扫描检测，全自动扫描系统通过预定扫描轨迹，完成90°角内构件全部三维坐标点数据扫描后，旋转平台保持匀速旋转90°，进行下一步扫描，直至完成全部扫描过程；

S5双动态跟踪控制模块实时追踪，随着扫描仪动态位置变化，可移动C-track跟踪模块通过X轴移动和Z轴升降随时调姿，保证对扫描反射数据的全覆盖，固定C-track跟踪模块实时补偿空间基准坐标系；

S5回传全部表面三维数据，分析评估扫描数据，出具检测报告。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，包括全自动扫描模块、双动态跟踪控制模块、柔性测量装置和集成控制模块；

全自动扫描模块用于沿预定轨迹全自动采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块；

双动态跟踪控制模块用于实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系，并将参照关系传输给集成控制模块；

柔性测量装置用于固定箱底结构，并带动箱底结构转动，柔性测量装置内预埋基准靶点；

集成控制模块用于控制全自动扫描模块、双动态跟踪控制模块和柔性测量装置的动作；集成控制模块用于接收三维点云数据和参照关系，根据三维点云数据和参照关系建立包含箱底结构内型面和外型面的箱底结构三维模型，得到箱底结构的型面偏差和壁厚数据。

2.根据权利要求1所述的一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，全自动扫描模块包括六轴机器人和由六轴机器人夹持的激光三维扫描仪；

六轴机器人的展臂行程≥2米，六轴机器人带动激光三维扫描仪进行沿箱底母线方向和周向方向的全自动运动，激光三维扫描仪实现自身绕夹持位置的360°运动。

3.根据权利要求2所述的一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，双动态跟踪控制模块为包括可移动跟踪模块和固定跟踪模块的双跟踪集成模块；

可移动跟踪模块，为龙门双轴向可移动式，其跟随激光三维扫描仪实时动态移动，具有X轴移动和Z轴升降功能，保证对扫描反射数据的全覆盖，X轴和Z轴分别为箱底结构径向和竖直方向；

固定跟踪模块为地面固定式，与动态追踪互为补偿，固定跟踪模块跟踪柔性测量装置内的基准靶点和可移动跟踪模块。

4.根据权利要求1所述的一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，柔性测量装置包括旋转平台；

旋转平台的直径＞箱底结构最大直径；

旋转平台的旋转速度在2～8mm/s范围内可调节；

旋转平台包括执行机构、驱动系统和位置反馈装置，驱动系统驱动执行机构转动，位置反馈装置获取执行机构的实时位置，并在执行机构到达预定转动位置时反馈用于控制驱动系统停止工作的指令。

5.根据权利要求4所述的一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，柔性测量装置还包括支撑工装；

支撑工装为由若干根主支撑杆和若干根辅助支撑杆组成的框架结构，主支撑杆垂直于旋转平台，辅助支撑杆连接于主支撑杆之间，箱底结构置于主支撑杆的上端；

主支撑杆的上端接触面设有柔性材料，利用柔性材料形成随型结构，主支撑杆的高度随箱底结构外型面进行调整，实现随型支撑。

6.根据权利要求5所述的一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，主支撑杆为4的倍数，每4根支撑杆关于箱底结构轴线对称设置；

旋转平台上设有支撑工装安装孔位及靶标点装配孔位，旋转平台内间隔预埋基准靶点，用以建立基准坐标系和实现靶点追踪；

支撑工装安装于旋转平台的固定点位上，支撑工装反复安装后重复性精度≤0.1mm；

支撑工装内预埋基准靶点。

7.根据权利要求1所述的一种箱底结构高精度检测系统，其特征在于，箱底结构以开口向上的方式固定于测量平台上；

集成控制模块还根据箱底结构三维模型得到箱底结构的特征孔形位尺寸；

箱底结构的直径≥5m。

8.一种箱底结构高精度检测方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的检测系统实现，包括：

建立坐标系，提取柔性测量装置预埋的基准靶点位置，根据基准靶点在坐标系中的位置确定空间基准；

将箱底结构以开口向上的方式固定于柔性测量装置上；

集成控制模块控制柔性测量装置带动箱底结构转动，集成控制模块控制全自动扫描模块采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块；同时集成控制模块控制双动态跟踪控制模块实时建立扫描模块和基准靶点的参照关系，并将参照关系传输给集成控制模块；

集成控制模块接收三维点云数据和参照关系，根据三维点云数据、参照关系以及空间基准建立包含箱底结构内型面和外型面的箱底结构三维模型，根据箱底结构三维模型得到箱底结构的型面偏差和壁厚数据。

9.根据权利要求8所述的一种箱底结构高精度检测方法，其特征在于，全自动扫描模块包括六轴机器人和由六轴机器人夹持的激光三维扫描仪；六轴机器人带动激光三维扫描仪进行沿箱底母线方向和周向方向的全自动运动，激光三维扫描仪实现自身绕夹持位置的360°运动；

集成控制模块控制测量平台带动箱底结构转动，集成控制模块控制扫描模块采集箱底结构内型面和外型面的三维点云数据，并将三维点云数据传输给集成控制模块的具体方法为：

全自动扫描模块采集箱底结构周向θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据；

柔性测量装置带动箱底结构转动θ角度后停止，扫描模块采集箱底结构下一θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据；

重复上述步骤，直至完成箱底结构周向范围内的内型面和外型面的全面扫描。

10.根据权利要求9所述的一种箱底结构高精度检测方法，其特征在于，θ为90°；

扫描模块采集箱底结构θ角度范围内的内型面和外型面的三维点云数据时，全自动扫描模块完成内侧单面数据扫描，执行Y轴回退，Z轴沿箱底结构母线上下移动，扫描另一面曲面数据，依靠双面扫描获得箱底结构壁厚数据；Y轴和Z轴分别为箱底结构径向和竖直方向。

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