汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置及测量方法
【专利说明】
[0001]
技术领域： 本发明涉及一种汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置及测量方法。属于高精度 模具加工技术领域。
[0002]
【背景技术】： 随着现代加工技术的发展，市场的竞争压力越来越大，在与现代制造技术相关紧密的 航空航天、汽车等领域，例如叶轮，汽车覆盖件等自由曲面系列的零件得到了日益广泛的应 用，因此零件的加工质量得到了广泛的关注，必须通过对自由曲面进行数字化测量检测其 加工精度，曲面数字化测量主要包括接触式测量和非接触式测量两大类，接触式测量利用 多种测头实现各种内外表面的测量，采样点的点数与合理分布就成为了一个重要的研究问 题，其中等间距等测量方法原理简单且易于实现，在实际测量中应用广泛但也存在很明显 的不足；另外如等弧长均匀网格划分技术，一方面通过人机交互实现非均匀网格的划分，另 一方面要求已知曲面的边界曲线，也不能实现真正的等弧长。传统的采样方法由于涉及曲 面曲率的计算，因此仅局限于对已知数学模型（具体函数表达式）的自由曲面进行采样点 规划，但不能解决已知CAD模型的自由曲面采样问题，难以实现CAD系统与在机检测系统 (OMV)的有效对接。针对模具未知自由曲面，通过由3个激光位移传感器组合的无接触测量 装置，自适应设置采样点。即基于曲面法向量的变化，在曲面弯曲程度较大区域，采样点密 集，反之，曲面的弯曲程度小区域，采样点也比较稀疏；如果被测未知曲面在采样规划方向 侧面变化大，可根据需要自适应布置一些偏置点等。本研究采用激光无接触式测量方法对 轿车外覆盖件模具的自由曲面进行自适应采样规划。
[0003]
【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置及测量方法。
[0004] 上述的目的通过以下的技术方案实现： 一种汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置，其组成包括：测头柄，所述的测头 柄与激光位移传感器基座连接，所述的激光位移传感器基座与激光位移传感器旋转挡板连 接，所述的激光位移传感器旋转挡板分别与左激光位移传感器、右激光位移传感器连接，所 述的左激光位移传感器、所述的右激光位移传感器分别与激光位移传感器连接板连接，所 述的激光位移传感器连接板上安装有旋钮。
[0005] 所述的汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置，所述的激光位移传感器连接 板之间安装有前激光位移传感器，所述的前激光位移传感器通过激光位移传感器连接板连 接在激光位移传感器基架上。
[0006] 所述的汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置，所述的左激光位移传感器、 所述的右激光位移传感器与所述的前激光位移传感器向下发射出三束激光在模具加工表 面形成一个三角形小平面测量区域，该区域大小通过旋钮进行调节激光位移传感器射出激 光的角度。
[0007] 所述的汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置，所述的左激光位移传感器为 LDL，所述的右激光位移传感器为LDR，所述的前激光位移传感器为LDF。
[0008] 所述的汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置的测量方法，该方法包括如下 步骤： (1)在测量开始前，我们需要建立三个激光位移传感器的测量坐标系，名称分别为LDF、 LDL、LDR，并且通过坐标转换将三个坐标系统一到基准坐标系，三个坐标系相连接构成一个 边长相等的等边三角形，也可以构成其它形式三角形。
[0009] (2)设机床原点为0,三个坐标轴方向与机床导轨的方向一致，建立机床坐标系 Oxyz，建立传感器测量坐标系，当测量机开始工作时LDL测量值为零的点为原点，建立LDL 对应于机床的坐标系，最后在机床上放置圆球建立基准坐标系，每个坐标系对应的坐标轴 都与、、轴平行并且方向需要一致。对激光位移传感器进行沿Y轴旋转，所以要建立坐标系 自身旋转矩阵T。
[0010] (3)坐标转换完毕后开始沿设定轨迹测量，LDF开始寻边界，移动激光测量装置到 起点，开启LDF，其他两个暂不工作。让装置沿某一方向上移动，当测头进入曲面边界R时， 输出信号会发生突变，这时测量软件立即记录该突变坐标值，并保存为边界点。
[0011] (4)LDF探路径，沿曲面测量方向，同时打开三个传感器，移动三点激光测量装置获 取三角形小平面的法向量，当前后曲面法向量夹角数值变化时，即超过最小偏转角时，设最 小偏转角为阈值，记录测量点，为总体测量时提供数据依据。这样在陡峭明显的区域曲面的 前后曲面法向量之间的偏转角越大，所以相邻点之间的间距就越小，测量点就多；在陡峭不 明显的区域前后曲面的法向量偏转角越小，则相邻点之间的间距也越大，测量点就小，从而 实现采样点的自适应分布； 特别是测量轨迹的左右方向较为陡峭时，那么三点激光测量装置所计算的法向量会向 曲面左右陡峭一侧偏转；此点法向量偏转侧分量与前面法向量的偏转侧分量夹角超过最小 偏转角时，设最小偏转角为阈值，沿偏转方向增加采样点。
[0012] 本发明的有益效果： 1.该装置及自适应采样方法对分析模具的自由曲面加工精度大有益处，本发明避免 由于测量存在接触力，而不能对软质、易碎等物体进行接触测量，避免测量时使工件产生变 形，具有很高的测量精度、良好的可靠性与稳定性，所获得的测量数据不需要进行触头半径 补偿。
[0013] 本发明三点激光测量装置是专门针对汽车外覆盖件模具自由曲面，尤其是对模具 陡峭面的测量具有很明显的针对性，能够自适应设置采样点，重构曲面的最大拟合误差为 0. 02mm。
[0014] 本发明三点激光测量装置测量方法简单，对于长度为IOOmm左右的曲线，控制点 一般在30?40个较为适，可以在满足模具曲面精度要求的前提下，提高工作效率，实验结 果证明测量效率比接触式测量高15%，速度提升11%，采样点具有明显的自适应分布。
[0015]
【附图说明】： 附图1是本发明的结构示意图。
[0016] 附图2是附图1的主视图。
[0017] 附图3是附图1的左视图。
[0018] 附图4是附图1的俯视图。
[0019] 附图5是本发明的结构与测量示意图。
[0020] 附图6是本发明的采样流程示意图。
[0021] 附图7是本发明坐标系建立示意图。
[0022] 附图8是本发明测量方向上采样实现过程A图。
[0023] 附图9是本发明测量方向上采样实现过程B图。
[0024] 附图10是本发明测量方向上采样实现过程C图。
[0025] 附图11是本发明测量方向上采样实现过程D图。
[0026] 附图12是本发明被测未知小曲面的法向量示意图。
[0027] 附图13是本发明未知小曲面的法向量组示意图。
[0028] 附图14是本发明两个法向量之间的夹角示意图。
[0029] 附图15是本发明采样点的自适应分布示意图。
[0030] 附图16是本发明未知曲面陡峭大时法向量向另一侧的摆动示意图。
[0031] 附图17是本发明偏转法向量的分解示意图。
[0032]
【具体实施方式】： 实施例1: 一种汽车外覆盖件模具自由曲面自适应采样装置，其组成包括：测头柄1，所述的测头 柄与激光位移传感器基座2连接，所述的激光位移传感器基座