一种数字化检测具有曲面的模具的刻线位置度的方法与流程

本发明属于航空业大型模具制造及测量
技术领域：
，具体涉及一种数字化检测具有曲面的模具的刻线位置度的方法。
背景技术：
：近年来在飞机工装制造业，越来越多地采用了工装数字化制造，模具从过去的模拟量传递渐渐地改变为数字化传递、数字化加工，模具的制造以数字量传递方式取代了传统的样板模拟量传递的制造方式。飞机零件的成型大多数都通过橡皮成型模、蒙皮拉伸模、冲孔模、落料模还有复材模具，其中模具上的刻线是对成型零件切割零件边缘的基准，而且在飞机制造业中零件批次多、批量小，所以模具刻线是零件生产的重要加工依据。由于零件状态更改频繁，工装上零件刻线也必须相应地改变，造成模具在制造和返修中零件刻线工作量大，加工环节增多，出错概率也相应增大，所以对数控加工模具刻线进行精确检测，对保证高精度工装质量有着重要意义。又随着复材模具的应用，模具的曲面越来越复杂，又由于模具的尺寸跨度越来越大(达到十几米长)，目前已知的检测手段越来越不能满足其精度需求。以往模胎刻线检验方法有：1.模线样板检测法：适用于复杂的模胎曲面(成本大、测量精度低)，需要一套不同站位的样板以及大量辅助工装(如较大的场地和大平台、角尺板、标准直尺水平仪、经纬仪等，样板制造周期较长。2.模线明胶板法：适用于曲面较平坦的模胎(精度误差较大)，需要将翼面复杂的三维数模转成二维的展开形状图，人力、时间投入多制作需外协，周期很长，篇幅小，需用多张明胶板拼合，用于模胎精度误差较大的刻线检验。3.关节臂测量法：由于量程的限制只能测量3米～5米之间较小的模具刻线，拥有较好的检测精度，但受量程范围限制，若采用转站(蛙跳)会造成较大累计误差，影响其检测精度。4.机床在线检测法：编制检测程序在机床上在线检测，必须保证于制造加工时装夹状态一致才能保证其检测精度，且主要靠目视检测，无法数字量化，具有一定的限制性。5.激光跟踪仪检测法：激光跟踪仪能对空间目标的坐标测量是通过测量出水平角、垂直角和斜距，然后按球坐标或极坐标测量原理就可以得到空间点的三维坐标X，Y，Z。在球坐标测量系统中，设跟踪仪的旋转中心为O点，被测靶镜的中心点为P点，用两个角度编码器分别测量出P点的垂直角β和水平角α，用激光干涉仪测量O点到P点的距离得出d，则P点的坐标(X，Y，Z)很容易由β，α和d计算得出：但是，激光跟踪仪检测法目前不能检测刻线位置精度。上述各方法的特点和缺点总结如下：技术实现要素：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用自制的辅助工具，应用于激光跟踪仪检测设备对模具刻线进行取点并分析的一种刻线检测方法。具体地，根据本发明的数字化检测具有曲面的模具的刻线位置度的方法使用激光跟踪仪和辅助测量工具，所述激光跟踪仪包括反射球和支撑反射球的反射球基座，所述辅助测量工具包括具有尖端的第一端和具有容纳所述反射球基座的中心凹槽的第二端，其特征在于，所述方法包括步骤：(1)使用所述激光跟踪仪建立模具的刻线的球坐标系，确定球坐标系的球心的理论坐标值；(2)将所述辅助测量工具的尖端对准模具的刻线，然后旋转所述辅助测量工具的第二端，通过反射球获得至少5个不同的测量点的坐标值；(3)通过软件拟合得到实测球面，计算实测球面的球心的坐标值；以及(4)将计算的球心的坐标值与球心的理论坐标值比较，得到刻线位置度的实际偏差。其中，所述激光跟踪仪为Leica激光跟踪仪。其中，点o(a，b，c)为拟合后的球心坐标，点O(A，B，C)为理论球心坐标，其中偏差为：L=(A-a)2+(B-b)2+(C-c)2.]]>与现有技术相比，本发明的有益效果是实现能满足大型模具(10米以上)刻线精度要求的数字化检测方法。附图说明本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解，其中：图1示出了根据本发明的方法所使用的辅助测量工具的示意图；图2示出了根据本发明的方法的确定测量点的示意图；图3示出了根据本发明的方法的确定测量点的另一示意图；图4示出了根据本发明的方法得到的实测球面。具体实施方式在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。如图1到3中所示，根据本发明的方法使用激光跟踪仪(未图示)和辅助测量工具。激光跟踪仪的具体结构和使用步骤对于本领域技术人员来说是已知的，图1中仅示意性地示出了激光跟踪仪的反射球10和支撑反射球10的反射球基座20，在反射球基座20里的磁铁保证将反射球10支撑在相同的位置上。根据本发明的辅助测量工具包括具有尖端31的第一端30和具有中心凹槽41的第二端40，激光跟踪仪的反射球基座20容纳在中心凹槽41内。1.使用激光跟踪仪建立模具的刻线的球坐标系，确定球坐标系的球心的理论坐标值。2.在坐标系建立完成后，将激光跟踪仪的反射球10与反射球基座20安装到辅助工具中，将辅助工具的尖端31对准模具刻线的检测点，得到第一个实测点(如图2)。3.以刻线检测点o为圆心转动辅助工具的第二端，在空间上得到第二个实测点(如图2)。4.以同样的方式，在空间上取得实测点1、实测点2、实测点3、实测点4、实测点5，得到至少5组坐标值(如图3)。5.因为检测点o(a，b，c)到各个实测点的距离是不变的，理论来说，这5个实测点就是在一个球面上的5个点，通过软件拟合可以得到一个实测球面(如图4)，随即也就得到了实测球心的坐标，此球心的坐标值就是刻线检测点的坐标值。6.通过以上步骤即可得到刻线检测点坐标值(实测点必须≥5个)，此坐标点再与最近的理论值比较得到刻线位置度实际偏差L。点o(a，b，c)为拟合后圆心坐标，点O(A，B，C)为理论测量点坐标(n≥5)。最小二乘法拟合球面的公式如下，其中s表示计算样本方差。s2=Σi=1n(Ri-R‾)2n-1]]>ΔX12+ΔY12+ΔZ12=R1.........ΔXn2+ΔYn2+ΔZn2=Rn]]>ΔXn=Xn-aΔYn=Yn-bΔZn=Zn-c]]>偏差检测精度：本发明的检测精度主要由激光跟踪仪的精度、辅助工具的制造精度和手动测量带来的拟合误差精度组成。排除外界环境、工具操作的干扰因素的话，跨度10米长的模具，其刻线检测精度能达到±0.09mm，能满足大型模具刻线位置精度要求。1.激光跟踪仪测量精度：取决于下面的单独精度：角度测量、反射镜、测量距离。a.角度测量：以Leica激光跟踪仪为例，编码度盘是刻有18000条间隔分划线的玻璃圆盘，采用光电平衡电位计扫描，角度分辨率达到0.14"。b.反射镜精度。2.检测工具精度：影响检测精度的因素有同轴度和孔径偏差，满足图纸要求下，其最大累计误差精度为0.005+0.009＝0.014mm(±0.007mm)。3.拟合精度(通过分析验证)：由于拟合球面需要多个实测点来完成，拟合后的精度完全取决于测量的重复性精度和手动测量拟合球面带来的误差，可以通过分析拟合后球面的球度和拟合后球面的半径来判断好坏。例：拟合的目标球半径为55mm，由于实际测量点存在误差，导致拟合后球面半径为55.002mm，最大实测点偏离拟合球面为0.0163mm，最小偏差为-0.0016m，故球度为0.0163+0.0016＝0.0179mm，存在较小偏差。与现有技术相比，本发明的有益效果是实现能满足大型模具(10米以上)刻线精度要求的数字化检测方法。以上已揭示本发明的具体实施例的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的各种特征和未在此明确示出的特征的组合作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。上述实施例的描述是示例性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。当前第1页1 2 3