一种旋转扫描3d成型的法向测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 本装置在操作时，根据被测物体形状，上位工控机人机界面中设置测量精度、旋转 步长、旋转范围等参数，一键启动，旋转电机自动定位旋转，传感器测量位移，即可在一分钟 内完成所有的测量并得出结果，并可选择打印测量报告。通过测试，只要有需加工孔孔径2 倍直径的面积，设置较小的旋转角度值，宏观上实现面扫描，最后都可以测量计算法向。整 个测量装置固定在一个标准芯棒上，测量头与控制器的连接采用航空插头，旋转电机及附 件与驱动部分也采用航空插头连接，其它控制器全部安装固定在一个专用测试箱中，所以 可以非常方便的移置到其它机床主轴头上，进行法向检测。
[0011] 本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：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。针对不同要求，设置 简单参数，一键启动，通过旋转定位扫描，数据处理后即可得到3D模型；该装置夹持到不同 主轴刀柄上，即可应用于不同类型的机床；特别是小型曲面零件加工孔位于零件边缘，传统 方式已无法检测，本装置都能实现。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的结构示意图；
[0013] 图2是图1旋转扫描测量示意图。
[0014] 附图标记：
[0015] 1-主轴刀柄，2-芯棒，3-定位电机，4-联轴器，5-连接工装，6-传感器，7-条状激 光束，8-曲面零件，9-测试箱，10-上位工控机，11-网络通信线，12-控制器，13-电机驱动 器，14-命令控制线，15-电源进线接口，16-打印接口，17-传感器航插，18-电机电缆航插， 19-电缆固定支架，20-数据输出端口。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
[0017] 实施例：
[0018] 如图1所示，发射条状激光束的传感器6固定到连接工装5上，再通过联轴器4与 旋转定位电机3组合在一起，电机3再固定到一个标准的芯棒2上，最后形成一个曲面法向 检测头。标准芯棒2的直径是16_，通过标定使得传感器6中心测量线、连接工装5的轴线 与加工主轴即芯棒2的轴线重合。通过机床主轴刀柄1很容易连接在任何的机床上工作。 传感器线缆通过传感器航插17与控制器12连接，电机驱动电缆通过电机电缆航插18电机 驱动器13连接。传感器的控制器12和电机驱动器13均固定在手提式的测试箱9内，在测 试箱内还有测量用人机交互的上位工控机10,利用相应的网络通信线11和命令控制线14 形成一个完整的电气控制系统。
[0019] 测量装置的标定：选择一台经过定检的三坐标机床，准备好匹配的主轴刀柄1、雷 尼绍工件找正激光探头、一个150mmX 150mm标准检验平板和一个直径为200mm的半圆标准 球体。在主轴上安装雷尼绍