[发明专利]一种大尺寸钢结构曲板及其曲板节段制造误差调整方法

说明书

本发明公开了属于复杂零部件加工精度测量及调整领域的一种大尺寸钢结构曲板及其曲板节段制造误差调整方法。首先将大尺寸钢结构曲板简化，划分成多个曲板节段；分别采用与实际加工部件对应节段的纵向控制基线所在平面特征点的三维坐标确定其误差值，并建立工厂坐标系，使用带有全站仪功能的三维扫描仪扫描曲板节段对应特征点，得到多个曲板节段误差值，以指导、调整原始加工参数，满足精度要求，提高建筑安装速度和质量要求。本发明能对普通曲板、多向曲板及非一致曲率曲板进行制造误差分析、检测、调整。通过选取区域内特征点匹配计算，形成拟合转角，再利用三维扫描逆向模型与设计模型匹配，实现所有点位的拟合及查制造误差，并进行构件修正。

技术领域

本发明属于复杂零部件加工精度测量及调整技术领域，特别涉及一种大尺寸钢结构曲板及其曲板节段制造误差调整方法。

背景技术

在建筑工程、设备制造中，钢结构多向曲面部件随处可见，产品的复杂形状对生产制造加工精度要求愈来愈高，需要精确测量，及时调整才能满足建筑工程的安装速度和质量要求。具有通用性强、测量精度高、测量范围大等特点的商业化三坐标测量机技术较成熟，测量精度能够满足普通商业用途和研究用途的需求。但是随着当前各建筑工程等工业技术的不断发展，工件的精度要求越来越高，现有的三坐标测量精度已不能满足一些高精密零件的检测需求。尤其是复杂曲面零件，不仅加工和检测精度要求极高，而且工件型面曲率变化较大；例如图1中a所示为多向曲面弯管图，b所示为多向曲面弯管某节段图；该多向曲面弯管就是大型复杂曲面典型结构，测量面积大，工件表面曲率变化大，常规的三坐标测量机难以满足精确测量。

三坐标测量机的测量精度可以从两个方面剖析，一是三自由度运动装置的运动精度，二是测针球头半径误差补偿精度。运动精度主要取决于伺服电机的精度和丝杠滑块的精度，目前国内外知名制造厂商如安川、FANUC、松下、西门子、LenzeAG等已经在这一方面取得巨大成果。测针球头半径补偿是提高三坐标测量精度的主要措施，国内外研究人员对此做了大量研究，主要可以分为两类：一种是根据工件CAD模型信息估计测量点的误差补偿方向，另一种是根据测得的测针球心坐标的几何关系求测量点的误差补偿方向。由于复杂曲面类零件曲率变化大，测针与工件表面的接触方向也随着曲面的起伏而变化，使用上述两种方法并不能精确的估计出测针的实际接触方向，因此也无法准确的计算出真实接触点的近似位置。

在中国专利201810252391.8，一种复杂曲面三坐标测量装置及误差补偿方法中，该复杂曲面三坐标测量装置包括三自由度运动平台和力控测头，力控测头与三自由度运动平台的Z轴同向，保持测针与工件表面的恒力接触，并通过六维力传感器采集测针与工件表面的恒力接触；同时测得测针与工件表面的接触力，根据接触力的合力方向判断误差补偿方向，在此方向上补偿测针球头的有效半径，进而获得测针与工件表面实际接触点的坐标(如图2所示)。同时通过光栅尺读取X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴直线模组的位移xs,ys,zs；计算测针球形头部的球心的实时坐标Pt：Pt(xt,yt,zt)＝P0(x0,y0,z0)+(xs,ys,zs-δs),由此进一步计算测针与工件面的实际接触点Pw在工作坐标系中的坐标：(xw,yw,zw)＝Pt(xt,yt,zt)+(xb,yb,zb)；

其中，(xb,yb,zb)为误差补偿向量的三个分量；这种方法根据传感器采集测针与工件表面的接触，测针运动、接触路径就是获得数据的内容，不能够测得曲面的全部数据，只能测得既定的路线反映情况，评估不准确，无法解决整个曲面的制造误差问题。而且，钢结构曲板及其节段尺寸较大较高，不具备使用该方法采集的条件。

发明内容

本发明的目的是提出一种大尺寸钢结构曲板及其曲板节段制造误差调整方法，其特征在于，首先将大尺寸钢结构曲板简化，划分成多个曲板节段；分别采用与实际加工部件的对应节段的纵向控制基线所在平面特征点的三维坐标确定其误差值，在加工厂内建立工厂坐标系，使用带有全站仪功能的三维扫描仪扫描曲板节段4个基线对应特征点；根据得到的多个曲板节段误差值，以此对工厂加工程序指导，调整原始加工参数，满足精度要求，有利于建筑工程的安装速度和质量要求；具体包括步骤：