[发明专利]一种旋转扫描3D成型的法向测量装置

说明书

本发明公开了一种旋转扫描3D成型的法向测量装置，涉及多曲度曲面外形零件的定点位法向检测判断领域。它包括曲面法向检测头、测试箱、传感器线缆和电机驱动电缆。曲面法向检测头包括从上至下依次连接的主轴刀柄、芯棒、定位电机、联轴器、连接工装和传感器，传感器中心测量线、连接工装的轴线与主轴刀柄的轴线三者重合。测试箱包括设置在内部的上位工控机、网络通信线、控制器、电机驱动器和命令控制线。整套装置结构简单，操作方便，不仅可以实现所有曲面的法向测量，还可以容易地移置应用于多台机床。

技术领域

本发明涉及多曲度曲面外形零件的定点位法向检测判断，尤其涉及一种旋转扫描3D成型的法向测量装置。

背景技术

多曲度曲面大型飞机薄壁钣金件、复合材料零件的制孔、锪窝、铆接铣削，以及飞机框梁与蒙皮的连接孔等加工明确要求采用法向方式，但是其实际形状与理论模型存在一定的差别，为保证准确无误的加工，要求事先对零件特征点进行法向检测判断，甚至加工后的法向精度复查。目前，公知的法向检测方法是多点位检测零件调整控制、四点检测对应软吊链驱动控制、三点检测多轴联动调整控制。这三种检测调整方法各有优缺点。多点位检测零件调整控制利用一个或多个(一般不超过4个)传感器通过一定排布规律在零件表面多次测量，依靠机床本身各运动轴的控制精度，但程序控制过于复杂、实际调整时间过长，存在有长期振荡的可能性。四点检测对应软吊链驱动控制能够实现精度较低的法向调整，但是由于采用四点软吊链悬挂产品零件，下降过程全靠产品的自重形成，且调整时产品存在来回晃动，刚性、稳定性、重复性较差，位于零件边缘的加工点根本无法测量。三点检测多轴联动调整控制对检测面积有一定的要求，需要10个控制轴，成本较高，其算法非常复杂，功能实现起来困难，操作也不方便。上述3种方法都寄生于整套设备中，无法单独作为法向测量装置。

发明内容

本发明的目的是为了克服振荡、重复性较差、操作困难、测量受限、成本高昂等不足，提供一种简易便携式法向检测装置，该装置夹持到不同主轴刀柄上时，可应用于不同类型的机床。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：一种旋转扫描3D成型的法向测量装置，它包括曲面法向检测头、测试箱、传感器线缆和电机驱动电缆。所述曲面法向检测头包括从上至下依次连接的主轴刀柄、芯棒、定位电机、联轴器、连接工装和传感器，所述传感器中心测量线、连接工装的轴线与主轴刀柄的轴线三者重合。所述测试箱包括设置在内部的上位工控机、网络通信线、控制器、电机驱动器和命令控制线。所述控制器一端口通过网络通信线和上位工控机连接、控制器另一端口通过传感器线缆与传感器头连接；所述电机驱动器一端口通过命令控制线和上位工控机连接，电机驱动器另一端口通过电机驱动电缆和定位电机连接。

进一步的技术方案是：所述旋转扫描3D成型的法向测量装置还包括电机固定支架，用于固定定位电机。

进一步的技术方案是：所述测试箱外部设有电源进线接口，打印接口和数据输出端口。

进一步的技术方案是：所述传感器是条状激光光束位移传感器，所述传感器能发射出条状激光束。

进一步的技术方案是：所述旋转扫描3D成型的法向测量装置还包括传感器航插和电机电缆航插，所述传感器线缆通过传感器航插与控制器连接，所述电机驱动电缆通过电机电缆航插与电机驱动器连接。

控制器通过局域网络通信方式连接到上位工控机，工控机给控制器发出相关命令并采集数据，完成相应的后置处理；同时工控机根据工艺条件设置，控制旋转电机的驱动器，使得电机及工装旋转定位，其传感器定角度进行快速测量；工控机控制测量头旋转一次，采集一次数据，再旋转，再采集，最后在工控机得到不同角度下传感器与零件表面的多点垂直距离，因此可绘制出一个3D空间模型，通过分析、比对和软件处理，即可判断当前测量旋转轴线是否为中心点的法向。