[发明专利]封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统及方法

说明书

本发明公开一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其包括：第一夹具与第二夹具，两者用于分别固定换向前和换向后的封闭曲面构件，两者结构相同且能够进行相对运动；位姿检测单元，用于检测第一夹具、第二夹具以及封闭曲面构件的位置及姿态；位姿调整单元，用于调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态，其通过多轴联动，并借助夹具位姿检测单元获取的夹具位姿信息，将第一夹具与第二夹具调整为换向装夹位姿。本发明还公开了基于上述换向装夹定位系统的换向装夹定位方法，用于封闭曲面构件的换向，换向装夹精度高，无测量盲区，能够有效提高封闭曲面构件全表面测量效率和测量精度。

技术领域

本发明属于曲面构件测量技术领域，具体涉及一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统及方法。

背景技术

封闭曲面构件表面面形复杂，自由度多，精密加工的封闭曲面构件具有良好的光学性能，广泛应用于光学系统、航空航天、机械电子、天文观测等领域。封闭曲面构件超精密加工是加工、测量与补偿加工反复进行的过程，高精度的检测技术是实现精密加工的基础。封闭曲面构件全表面的测量对于检测加工缺陷，提高加工质量具有重要意义。目前对于曲面构件的检测方法主要分为接触式和非接触式，其中接触式的测量方法采用逐点扫描的方式进行测量，具有代表性的是扫描隧道显微镜和原子力显微镜，分别通过检测探针与构件表面之间的作用力和电流实现检测目的。非接触式测量方法属于无损检测，具有代表性的是白光干涉仪，通过干涉条纹检测表面形貌。

白光干涉仪、扫描隧道显微镜或原子力显微镜等设备的换向测量过程均是通过转动载物台实现的，具有以下几个方面的不足：(1)检测范围有限，通过载物台换向均不能检测到设备与封闭曲面构件装夹的盲区，不适用于封闭曲面构件的全表面检测；(2)测量精度低，白光干涉仪与扫描隧道显微镜等设备检测曲面构件通过转动仪器载物台实现，对于封闭曲面的侧面检测精度低；(3)换向难度高，数据量大，现有仪器通过多次测量，拼接数据得到表面形貌的测量方法受限于拼接精度，对于尺寸过大的构件，数据处理量大，精度低；对于尺寸较小的构件，换向装夹难度高。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出了基于位移传感器扫描的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，通过该系统转换构件测量角度，完成构件表面盲区的测量，并优化定位方法，简化测量流程与数据处理过程，实现封闭曲面构件的全表面精确测量。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其包括：

第一夹具与第二夹具，两者用于分别固定换向前和换向后的封闭曲面构件，两者结构相同且能够进行相对运动；

位姿检测单元，用于检测第一夹具、第二夹具以及封闭曲面构件的位置及姿态；

位姿调整单元，用于调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态，其通过多轴联动，并借助夹具位姿检测单元获取的夹具位姿信息，将第一夹具与第二夹具调整为换向装夹位姿。

作为优选，所述第一夹具与第二夹具均为真空吸附夹具，第一夹具的端部具有第一吸附头，第二夹具的端部具有第二吸附头，两个吸附头分别连通不同的真空管路；当第一夹具与第二夹具处于换向装夹位姿时，第一吸附头与第二吸附头对封闭曲面构件的吸附位分别为第一吸附位及第二吸附位，两个吸附位不同区域且无重叠范围。上述方案能够有效消除测量盲区，实现封闭曲面构件全面形测量。

作为优选，所述第一吸附位与第二吸附位的中心连线经过封闭曲面构件的质心；所述第二吸附位为换向前封闭曲面构件面形测量起始位，所述第一吸附位为换向后封闭曲面构件面形测量的起始位。通过优化换向角度，设定第一吸附位与第二吸附位的位置，在保证装夹稳定的同时可以提高测量效率，两次测量即可实现封闭曲面构件全面形测量，且方便后续数据拼接。