CN203772209U - 船体外板三维触板测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船体复杂曲面外板形状测量设备。船体外板三维触板测量装置，其特征在于：包括M点线测量板阵列、移动承载架和微控器，M点线测量板阵列安装在移动承载架上，微控器固定在移动承载架上，微控器的电缆与M点线测量板阵列的电动测量推杆的控制板相连。应用本实用新型的装置具有快速、高效、精确检验的特点。

Description

船体外板三维触板测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种船体复杂曲面外板形状测量设备，尤其涉及一种成型加工过程中精确、快速的接触式板形测量设备。

背景技术

复杂不规则曲面在现代汽车、造船、航空航天等飞速发展的工业中得到了越来越多的应用，并且上述行业对不规则曲面外形精度要求也越来越高。对于此类三维曲面零件的自动加工过程控制和成型精度检验都离不开对曲面形状的测量。上述对三维曲面的测量属于CAD模型已知的测量。对于此类测量，其关键问题是如何高效、可靠的获取待测曲面的几何形状信息并对其形状误差做出准确的评定。目前曲面形状测量方法根据测量方式的不同主要分为接触式测量和非接触式测量。

接触式测量通过传感测量头与待测工件的接触而记录工件表面点的坐标值，其测量过程可以是连续的也可以是间断的。接触式测量的典型方法为三坐标测量机，通过触头与工件表面的接触测量触点的空间坐标，它具有较高的测量精度并且不受颜色光照的限制，但测量效率低、测量范围小，测量速度受到机构运动的限制。

非接触式测量方法主要是基于光学、声学、磁学等原理，将物理模拟量通过适当的算法转换为样件表面的坐标点。包括：摄影测量法、电子经纬仪交绘测量、光栅测量法。摄影测量法测量精度较低。电子经纬仪交绘测量虽然可以测量较大的工件但测量速度慢，必须逐点瞄准，工作量大，当被测点较多时，测量难度大。光栅测量法测量精度较低。激光干涉法测量精度相当高，但测量范围小，抗干扰能力弱，不适合测量凹凸变化大的复杂曲面。激光衍射法可靠性好，但不适合表面起伏大的被测曲面。激光三角测量法测量速度快，精度高但对被测表面的粗糙度、凸凹程度、漫反射率和倾角过于敏感，存在“阴影效应”。

在造船过程中，对于有曲度船体外板需根据其型线数据进行弯曲加工，加工过程中，先由三芯辊对板材进行辊弯获得单向曲度，再由水火弯板加工获得双向曲度。目前由于上述加工工艺自动化程度不高，所以检验过程普遍采用样板、样箱对样检验，但在自动化加工过程中，则需要快速高精度的测量方式。由于船体外板不规则曲面多，形状复杂，零件尺寸大，加工环境声、光、热干扰严重，但对测量速度与精度要求又较高，故前述测量方法或因测量效率，或因测量精度，或因测量环境均不适合于船体外板加工中的形状测量。本实用新型——船体外板三维触板测量装置（下面简称“触板装置”）是专门针对船体外板形状测量应用要求设计的。

发明内容

为了解决船厂对船体外板自动加工满足板材形状测量条件和测量时提供一种快速、高效、精确检验装置，本实用新型的目的在于提供一种船体外板三维触板测量装置，应用本实用新型的装置具有快速、高效、精确检验的特点。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是，船体外板三维触板测量装置，其特征在于：包括M点线测量板阵列、移动承载架和微控器，M点线测量板阵列安装在移动承载架上，微控器固定在移动承载架上，微控器的电缆与M点线测量板阵列的电动测量推杆的控制板相连。

M点线测量板阵列由N组M点线测量板组成阵列，N为1-22的自然数；M点线测量板由M个电动测量推杆、上梁、下梁和线槽构成，M为5-22的自然数， M个电动测量推杆的上端安装在上梁上，M个电动测量推杆的下端安装在下梁上，上梁上安装有线槽。

电动测量推杆的上端通过槽板扣装并用螺丝固定在槽型的上梁上，电动测量推杆下端通过下固定块坐装并用螺丝紧固在方空心的下梁上。

来自微控器控制电动测量推杆的供电电缆布置在上梁上的线槽内。

电动测量推杆由行程测控组件、电动推杆、触板头、收线机构组成；电动推杆的上端座紧固在行程测控组件的槽板上，电动推杆的下端通过连接螺帽与触板头的连接螺丝配合连接，电动推杆的推杆筒端盖通过螺丝与下固定块固定在一起；行程测控组件通过螺丝固定安装在电动推杆齿轮箱上，电动推杆齿轮箱固定安装在槽板上。

行程测控组件由微控板、光电开关、码盘与槽板组成；微控板通过绝缘座装在槽板内，码盘通过螺母压装在电动推杆的丝杆输出轴端部，电动推杆的线性位移量由码盘转换为角位移量，再由安装在微控板上三个光电开关将码盘角位移量转换为脉冲量。

触板头由限位开关、封装罩和连接螺丝组成，带轴承的上三面体与下三面体构成限位开关的封装罩；限位开关通过螺丝固定在上三面体内面，上三面体与下三面体通过螺丝合装为六面体限位开关的封装罩，进而构成触板头体，再通过连接螺丝连接在电动推杆下端部的连接螺帽上。

收线机构包括上固定块、双导向杆、直线轴承、线管、导向滑块、导向滑块盖板和下固定块；收线机构的双导向杆上端由固定在行程测控组件下表面的上固定块支撑，双导向杆的下端由下固定块支撑；穿有限位开关引线线管上端紧固在套在双导向杆上的滑块上，线管的下端穿过安装在下固定块中直线轴承后下端紧固在触板头耳端；导向滑块中装有双导向杆直线轴承由导向滑块盖板封装。

移动承载架包括移动胎架、M点线测量板阵列框架、移动胎架行走轨道、移动胎架驱动油缸；倒梯台型的M点线测量板阵列框架通过紧固螺丝固定在移动胎架上，移动胎架位于移动胎架行走轨道上，移动胎架与油缸的活塞杆相连，油缸的的缸体设置在轨道上。

本实用新型通过M点线测量板阵列对正在数控加工外板接触式测量，供数控弯板机快速准确获得当前曲板空间形状数据。它应用网格节点接触测量法，布置电动测量推杆为M×N网格节点矩阵构成“触板装置”，将其移到被测板的上方，上位机指示微控器驱动各推杆向待测曲板面运动至触板自动停止，电动测量推杆位移量即为网格各对应节点处的Z向坐标，并与电动测量推杆布置在“触板装置”上的X、Y坐标结合即为各测点的空间坐标，构成测量面点云数据，获得外板形状。它提高了测量速度与测量数据稳定可靠性，为船体外板自动成形加工提供了较好的可选技术方案。

本实用新型的有益效果是：应用本实用新型的装置具有快速、高效、精确检验的特点。它可以通过触头点阵的伸缩获得板材空间形状，并通过网格节点测量法（前提条件是网格节距选择保证被测船板曲面不失真）快速准确的获得当前加工板材整体的当时形状，用以指导后续加工。船体外板三维触板测量装置应具有适用于大型板材测量，不受测量环境声、光、热污染的影响，测量速度、精度较高，满足船体外板自动化加工要求。

附图说明

图1为本实用新型船体外板三维触板测量装置的结构示意图。

图2为本实用新型M点线测量板的结构示意图。

图3为本实用新型电动测量推杆的结构示意图。

图4为本实用新型行程测控组件的结构示意图。

图5为本实用新型收线机构的结构示意图。

图6为本实用新型触板头的结构示意图。

图7为本实用新型移动承载架的结构示意图。

图中：1.M点线测量板阵列,2.移动承载架, 3.微控器, 11.电动测量推杆,12.上梁,13.下梁, 14.线槽,11a.行程测控组件,11b.收线机构,11c.触板头,11d.电动推杆,11a1.微控板, 11a2.光电开关,11a3.码盘,11a4.槽板，11b1.上固定块,11b2.导向滑块盖板,11b3.导向滑块,11b4.线管,11b5.双导向杆,11b6.直线轴承,11b7.下固定块，11c1.连接螺丝,11c2.轴承,11c3.上三面体,11c4.限位开关,11c5.引线，11c6.下三面体,11d1.丝杆输出轴,11d2.上端座,11d3.连接螺帽，11d4.推杆筒端盖，21. 移动胎架，22. M点线测量板阵列框架，23. 移动胎架行走轨道，24.移动胎架驱动油缸。

具体实施方式

本实用新型的船体外板三维触板测量装置，包括M点线测量板阵列1、移动承载架2和微控器3（见图1），M点线测量板阵列1安装在移动承载架2上（使用时，移动承载架2与待测船体外板肋位方向平行，移动承载架实现触板装置的承载，并移动触板头到测量工位），微控器3固定在移动承载架2上，微控器3的电缆（控制线与电源线）与M点线测量板阵列1的电动测量推杆11的控制板相连，控制电动推杆11d升降。

M点线测量板阵列1由N组M点线测量板组成阵列（构成M×N个网格节点测量阵列），N为1-22的自然数（N≧1）；M点线测量板（见图2）由M个电动测量推杆11、上梁12、下梁13和线槽14构成，M为5-22的自然数（M≧5个）， M个电动测量推杆11的上端安装在上梁12上，M个电动测量推杆11的下端安装在下梁13上，上梁12上安装有线槽14。

电动测量推杆11的上端通过槽板11a4扣装并用螺丝固定在槽型的上梁12上（见图5），电动测量推杆11下端通过下固定块11b7坐装并用螺丝紧固在方空心的下梁13上。来自微控器3控制电动测量推杆11的供电电缆布置在上梁12上的线槽14内。

测量时，安装在M点线测量板阵列框架22内M×N个网格节点测量阵列靠移动机构（移动胎架驱动油缸）24驱动，移动到待测板上方，上位机指示下位机控制各自推杆向待测曲板板面运动，同时自动对各自行程进行计算，从而获得每一个测点处的Z向坐标，此坐标与电动测量推杆布置X、Y坐标结合即为当前测点的空间坐标，所有M×N个网格节点空间坐标共同构成了待测板的空间形状。N与M大小和推杆行程根据应用需要确定。

所图3所示，电动测量推杆11由行程测控组件11a、电动推杆（或称电动推杆本体）11d、触板头（或称电动推杆触板止动开关触头）11c、收线机构（或称布线机构）11b四部分组成；如图3所示，电动推杆11d的上端座11d2紧固在行程测控组件11a的槽板11a4上，电动推杆的下端（即杆端）通过连接螺帽11d3与触板头的连接螺丝11c1配合连接，电动推杆11d的推杆筒端盖11d4通过螺丝与下固定块11b7固定在一起（电动推杆为现有成套产品，电动推杆11d带电机）。 

电动测量推杆11（见图3）是实现船体外板形状网格节点测量法的基本单元，电动推杆位移测量（过程为：）电动推杆（或称电动推杆本体）11d的伸缩运动带动触板头向待测量板材运动，行程测控组件将推杆位移量转换成脉冲量反馈到微电脑计数，当触板头接触到待测板材上表面时，触板头止动开关停止电动推杆运动，这时微电脑将该脉冲计数值转换为推杆位移量即待测曲板基于相对基平面的垂直坐标值，完成触板止动点接触测量。

所图4所示，行程测控组件11a通过螺丝固定安装在电动推杆齿轮箱11d2上，电动推杆齿轮箱11d2固定安装在槽板11a4上。

行程测控组件11a由微控板11a1、光电开关11a2、码盘11a3与槽板11a4组成；微控板11a1通过绝缘座装在槽板11a4内，码盘11a3通过螺母压装在电动推杆11d的丝杆输出轴11d1端部，电动推杆11d的线性位移量由码盘11a3转换为角位移量，再由安装在微控板11a1上三个光电开关11a2将码盘11a3角位移量转换为脉冲量。

行程测控组件11a（见图4）由安装有三个光电开关冗余计数微控电路板与固定在电动推杆丝杆上端的码盘组成，微控电路板还具有根据上位机指令控制电动推杆运动的功能。

所图6所示，触板头11c由限位开关11c4、封装罩和连接螺丝11c1组成，带轴承11c2的上三面体11c3与下三面体11c6构成限位开关11c4的封装罩；限位开关11c4通过螺丝固定在上三面体11c3内面，上三面体11c3与下三面体11c6通过螺丝合装为六面体限位开关11c4的封装罩，进而构成触板头11c体，再通过连接螺丝11c1连接在电动推杆11d下端部的连接螺帽11d3上。限位开关11c4的引线11c5（引线从限位开关接到电动推杆11d继电电路）由收线机构11b收放。

当触板头接触到待测板材上表面时，触动限位开关切断电动推杆电源，停止推杆运动。

所图5所示，收线机构11b（或称布线机构、放线机构）包括上固定块11b1、双导向杆11b5、直线轴承11b6、线管11b4、导向滑块11b3、导向滑块盖板11b2和下固定块11b7；收线机构11b的双导向杆11b5上端由固定在行程测控组件11a下表面的上固定块11b1支撑(上固定块11b1固定在槽板11a4上，双导向杆11b5上端与上固定块11b1固定)，双导向杆11b5的下端由下固定块11b7支撑（双导向杆11b5的下端与下固定块11b7固定）；穿有限位开关11c4引线11c5线管上端紧固在套在双导向杆11b5上的滑块11b3上（线管11b4的上端紧固在滑块11b3上），线管11b4的下端穿过安装在下固定块11b7中直线轴承11b6后下端紧固在触板头11c耳端。导向滑块11b3中装有双导向杆11b5直线轴承由导向滑块盖板11b2封装（导向滑块11b3能沿双导向杆11b5移动）。当电动推杆11d带动触板头11c上下移动时，触板头11c拖动线管11b4上下移动，穿在线管11b4中引线11c5随之上下移动，解决了信号线在运动过程中的收放与保护问题。收线机构11b用于解决触板头随电动推杆行进过程中信号线收线问题，实现了信号线在测量过程中的收放和保护。

所图5所示，移动承载架2包括移动胎架21、M点线测量板阵列框架22、移动胎架行走轨道23、移动胎架驱动油缸24；倒梯台型的M点线测量板阵列框架22，通过紧固螺丝固定在移动胎架21上，承载着倒梯台型M点线测量板阵列框架22的移动胎架21在移动胎架驱动油缸24驱动下滚动行走在静止的移动胎架行走轨道23上（移动胎架21位于移动胎架行走轨道23上，M点线测量板阵列框架22与移动胎架21固定连接，移动胎架21与油缸24的活塞杆相连，油缸24的的缸体设置在轨道23上）。

M≧5个电动测量推杆11等间距阵列在上梁12与下梁13之间构成M点线测量板阵列1，M点线测量板阵列1固定在移动承载架2的阵列框架22上。M点线测量板阵列1由移动承载架2移到曲板加工检测工位实施板型测量。

船体外板三维触板测量装置从待测工位→测量工位→M点线测量板阵列1的N组M点线测量板的电动推杆11d同时下移触板→测得曲板网格节点数据（即得到当前曲板形状），整个测量程序简单，形成本实用新型的独特优点：测量速度快、测量精度不受板材加工环境影响，解决了船舶建造行业对船体外板自动加工过程中由于零件尺寸大、对加工精度要求较高、加工环境较为恶劣而难以测量的问题，为实现船体曲板数字化绿色加工成形起到了其他同类测量装置不可替代的作用。

Claims (8)

1. 船体外板三维触板测量装置，其特征在于：包括M点线测量板阵列、移动承载架和微控器，M点线测量板阵列安装在移动承载架上，微控器固定在移动承载架上，微控器的电缆与M点线测量板阵列的电动测量推杆的控制板相连。

2. 根据权利要求1所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：M点线测量板阵列由N组M点线测量板组成阵列，N为1-22的自然数；M点线测量板由M个电动测量推杆、上梁、下梁和线槽构成，M为5-22的自然数， M个电动测量推杆的上端安装在上梁上，M个电动测量推杆的下端安装在下梁上，上梁上安装有线槽。

3. 根据权利要求2所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：电动测量推杆的上端通过槽板扣装并用螺丝固定在槽型的上梁上，电动测量推杆下端通过下固定块坐装并用螺丝紧固在方空心的下梁上。

4. 根据权利要求2所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：电动测量推杆由行程测控组件、电动推杆、触板头、收线机构组成；电动推杆的上端座紧固在行程测控组件的槽板上，电动推杆的下端通过连接螺帽与触板头的连接螺丝配合连接，电动推杆的推杆筒端盖通过螺丝与下固定块固定在一起；行程测控组件通过螺丝固定安装在电动推杆齿轮箱上，电动推杆齿轮箱固定安装在槽板上。

5. 根据权利要求4所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：行程测控组件由微控板、光电开关、码盘与槽板组成；微控板通过绝缘座装在槽板内，码盘通过螺母压装在电动推杆的丝杆输出轴端部。

6. 根据权利要求4所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：触板头由限位开关、封装罩和连接螺丝组成；限位开关通过螺丝固定在上三面体内面，上三面体与下三面体通过螺丝合装为六面体限位开关的封装罩，进而构成触板头体，再通过连接螺丝连接在电动推杆下端部的连接螺帽上。

7. 根据权利要求4所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：收线机构包括上固定块、双导向杆、直线轴承、线管、导向滑块、导向滑块盖板和下固定块；收线机构的双导向杆上端由固定在行程测控组件下表面的上固定块支撑，双导向杆的下端由下固定块支撑；穿有限位开关引线线管上端紧固在套在双导向杆上的滑块上，线管的下端穿过安装在下固定块中直线轴承后下端紧固在触板头耳端；导向滑块中装有双导向杆直线轴承由导向滑块盖板封装。

8. 根据权利要求1所述的船体外板三维触板测量装置，其特征在于：移动承载架包括移动胎架、M点线测量板阵列框架、移动胎架行走轨道、移动胎架驱动油缸；倒梯台型的M点线测量板阵列框架通过紧固螺丝固定在移动胎架上，移动胎架位于移动胎架行走轨道上，移动胎架与移动胎架驱动油缸的活塞杆相连，移动胎架驱动油缸的的缸体设置在移动胎架行走轨道上。