大型型材三维弯曲件的检测装置及检测方法与流程

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种大型型材三维弯曲件的检测装置及检测方法，适用于大型型材三维弯曲件在制造过程中工件轮廓度的现场快速检测。

背景技术：

对于大型型材的三维弯曲成型工件，工件的轮廓度是必检项目，检测方法主要有两种，一种是使用通用测量设备测量的方法，常用的测量设备有三坐标测量机检测和激光扫描测量机等；另一种是常见的整体式检具配合其他工具测量的方法。

常用测量设备中，大型三坐标测量机造价昂贵、占地面积大、检测环境要求高且检测效率非常低下。其是通过对成型零件表面用探头打点读取零件表面数据，利用读取的数据与被检测零件三维数学模型表面进行拟合、比对进行测量，其检测效率非常低下，适应不了生产现场批量生产零件的要求以及对设备、模具等的快速调整要求，一般只作为稳定生产过程后的抽样检测。

激光扫描测量机造价也在百万左右，其是通过对成型零件表面进行扫描读取零件表面点云数据，利用读取的数据与被检测零件三维数学模型表面进行拟合、比对进行测量，检测效率也非常低下，适应不了生产现场批量生产零件的要求及对设备、模具等的快速调整要求，一般只作为稳定生产过程后的抽样检测或仿制测绘工作。

整体式检具配合其他工具测量的方法是利用零件的三维数学模型建立检具定位、测量基准，通过测量实际零件与检具的检测基准之间的缝隙值作为测量数据对零件进行测量，其检测效率高，在冲压零件生产中应用广泛。但该检测方法每种零件都需要配备一套检具，检具数量多造价高、占地面积大，不适合多品种小批量零件的检测测量。

因此，研发一种能适应大型型材三维弯曲件轮廓度检测测量要求的通用检测装置及检测方法是非常有必要的，其具有广阔的应用前景和潜在的市场价值。

技术实现要素：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种大型型材三维弯曲件的检测装置，该装置结构简单、通用性好、适应性强且造价低廉。本发明的另一目的是提供一种大型型材三维弯曲件的检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，现结合附图说明如下：

一种大型型材三维弯曲件的检测装置，由检测工作台1、至少一个支架5、至少一个检测样板11和至少三个定位支撑样板9组成；所述支架5固定在检测工作台1上，检测样板11和定位支撑样板9分别安装在支架5上，且每个支架5能够安装两个检测样板11；所述支架5由底座和立柱构成，立柱沿高度方向排列设有100mm孔距的等距孔，底座上设有两个100mm孔距的定位孔；所述检测工作台1上表面为高度方向基准面，其沿横向和纵向设有100mm孔距的等距定位孔阵；所述检测样板11和定位支撑样板9分别用于检测工件轮廓度误差和工件10在检测装置上的定位。

所述支架5经两个定位销4穿过其底座孔与检测工作台1上的定位孔阵将每个支架5在检测工作台1上的水平面位置定位，再由压板2通过螺钉3将支架5固定于检测工作台1上；所述检测样板11和定位支撑样板9经两个定位螺钉6穿过其上开孔与支架5立柱上的两个相邻等距孔将检测样板11和定位支撑样板9在检测工作台1上的高度方向的位置定位，再由垫圈7和螺母8将检测样板11和定位支撑样板9固定于支架5上。

所述立柱为矩形立柱或正方形立柱。

所述立柱的两个带孔面为检测样板11的定位面，两带孔面间的距离为50mm。

所述支架5能够在检测工作台1上任意排布。

一种大型型材三维弯曲件的检测方法，包括以下步骤：

A、被检三维弯曲件在检测工作台1空间位置的确定：

以三维弯曲件三维数学模型的截面轮廓作为该检测装置的定位基准，由工件三维数学模型经坐标变换使其适应于检测装置的坐标系空间，即工件10处于检测工作台1范围内；

B、支架5的安装：

由工件三维数学模型在检测装置上的空间位置确定各个支架5在检测工作台1上的位置，将支架5底座上的两个定位孔与检测工作台1上的最近两个孔对正，且确保立柱不接触到工件，将支架5沿着工件10的长度方向排满整个工件需要测量的区域；

C、样板基础图的制作

以支架5上安装检测样板11的立柱侧面作为工具平面对工件数学模型做剖切，获得该切面处检测样板数模截面轮廓线；在该工具平面上作矩形平面片，以立柱上的两个定位孔的圆心为中心在剖切平面上作两个圆的圆心十字线；将数模截面轮廓线、圆心十字线和矩形一起作投影图，转成CAD平面图，此平面图定义为样板基础图，并将每一个检测样板基础图要做好标记和记录；

D、检具检测样板11设计制作

以步骤C获取的样板基础图作截面轮廓线图形的相似形放大图，放大图距原图的距离根据型材三维弯曲件的轮廓度公差确定；将获得的放大图形删减留取必要的线条作为工件的检测基准线，将端部作适当的补充线并相交于样板基础图的矩形上，修剪样板矩形，形成开口的检测基准线；以标记好的十字线交叉点为圆心作定位孔并标注公差；选择合适厚度的平整钢板，完成检测样板图的设计，并做好标记；

E、定位支撑样板9的设计制作

以步骤C获取的样板基础图，将截面轮廓线图做删减留取必要的线条作为工件的定位支撑线，将端部作适当的补充线并相交于样板矩形上，修剪样板矩形，形成开口的定位支撑线；以标记好的十字线交叉点为圆心作定位孔并标注公差；选择合适厚度的平整钢板，完成定位支撑样板9的设计制作，并做好标记；

F、轮廓检测装置的制作与组装

将加工完成的检测样板11，按其上的标记用两个螺钉6、垫圈7和螺母8定位、固定在支架5对应的立柱侧面和定位孔上；将带有固定好样板的支架5依据标记通过两个销钉4、压板2和螺钉3固定于检测工作台1上；依次将全部检测样板11、支架5按标记固定好，完成三维弯曲成型零件的轮廓检测装置的制作与组装；

G、工件外轮廓与检测样板检测基准线间间隙的测量

将弯曲成型的三维弯曲成型工件按设定的位置放入检测装置上，并对工件10进行适当的调整使其可靠定位于定位支撑样板9上，工件10完全定位在检测装置上后，即可用塞尺或可读数测量工具对工件外轮廓与检测样板检测基准线之间的间隙进行测量，按检测样板11位置读取、记录间隙值；

H、判定工件合格情况

根据工件的技术要求，以工件10在任意检测样板处的轮廓度误差值判定工件合格情况，依据此轮廓度误差值迅速判定工件的超差位置，对工件进行调校或对模具、设备进行调整。

步骤A中，至少选择三个截面轮廓作为定位基准。

步骤C中，所述矩形平面片最小应包含立柱上的两个定位孔。

步骤D中，所述放大图距原图的距离一般设定为5mm。

步骤H中，所述轮廓度误差值＝测量的间隙值－5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明大型型材三维弯曲件具有整体式检具所具有的所有优点，即检测方便、快捷、直观、准确；同时又具有柔性检测装置的特点，检测工作平台和一套检具支架是共用零部件，几乎所有的零件检测工作只用一个检测工作平台和一套检具支架配合每个零件的一套检测样板和定位支撑样板就可以构建一套整体式检具。由此大幅降低了工件检测装置的制造成本和空间占用。

附图说明

图1是本发明大型型材三维弯曲件的检测装置在工件检测状态时的主视图；

图2是本发明工件数学模型处于本检测装置范围内的俯视图；

图3是本发明检测样板、定位支撑样板与高度支架间的定位关系装配图；

图4是本发明高度支架与检测工作平台间的固定关系装配图；

图5是本发明剖切工件数模后获取的样板基础图形；

图6是本发明样板基础图上的截面轮廓图形的相似放大图；

图7是本发明利用样板基础图经修剪后设计完成的检测样板图；

图8是本发明利用样板基础图经修剪后设计完成定位支撑样板图；

图9是本发明实际零件在检测装置上与检测样板之间的关系图。

图中，1.检测工作台 2.压板 3.螺钉 4.定位销 5.支架 6.螺钉 7.垫圈 8.螺母 9.定位支撑样板 10.工件 11.检测样板。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的实施例，但本发明并不局限于此：

如图1所示，一种大型型材三维弯曲件的检测装置，由一个设有等距孔阵的检测工作台1、至少一个支架5、至少一个检测样板、至少三个定位支撑样板9及定位销4、压板2、螺母8、垫圈7和螺钉6构成。该装置除检测样板11外，其余零部件均为标准件，能适应大多数工件的检测测量要求。

本检测装置的基础零件是检测工作台1，检测工作台1的尺寸应根据被检测大型型材三维弯曲件中的最大工件10尺寸确定。检测工作台1上表面经精加工，该面为检具高度方向的基准面。在检测工作台1上表面上沿纵向和横向加工等距孔阵，孔距为100mm，在每四个定位孔构成的正方形的中心位置加工固定用螺纹孔。

如图2所示，为便于说明和不同零件的检测样板的管理和标记，将检测工作台1上的横向定义为X坐标方向；纵向定义为Y坐标方向；检测工作台1上表面的法线方向定义为Z坐标方向；则检具工作台上孔的位置可以表示为(Xn,Yn)(n为1、2、3、4、……n)。按此方法检测工作台1上的所有孔的位置都有了唯一一个编号。

如图3、图4所示，支架5由底座和立柱构成，其中立柱为矩形或正方形，立柱和底座固定成为一体。立柱上设有一组沿高度方向排列的等距孔，孔距为100mm，立柱上的孔编号为，把距底座底面最近的第一个孔记作Z1，其它的孔依次记为Z2、Z3、……Zn。用其上的两个孔定位检测样板11或定位支撑样板9。立柱的两个带孔面(侧面)为检测样板11的定位面，两带孔面间的距离一般为平台孔距的1/2，即50mm。支架5底座上加工有两个定位孔，孔距和孔径按检测工作台1孔距和孔径尺寸加工，底座上的两孔中心连线与立柱上的孔轴线空间垂直。支架5的高度根据被检测零件中的最大高度的那个工件10确定。支架5 用于建立样板和检测工作台1之间的空间关系。

利用检测平台上1的孔阵和支架5底座上的两个定位孔，若干个支架5就可依据大型型材三维弯曲件(工件)在检测装置上的位置进行排列和布置，构建成一个支架群组，也就是构建了一种工件的检测样板群组。

对工件的检测首先应确定被检工件的定位基准，定位基准应保证工件在检测装置上定位准确和便于测量，并应使工件稳定可靠地置于检测装置上。由于大型型材三维弯曲件属于细长类弯曲件，此类零件一般是通过拉伸、弯曲和扭拧成型，其上一般既无平面也无直线。因此我们选择零件的三维数学模型的截面轮廓作为该检测装置的定位基准。由于工件10一般呈弧形，为保证工件10稳定需最少选择三个截面轮廓作为定位基准。

实施例1

一种大型型材三维弯曲件的检测装置，由检测工作台1、15个高度支架5、27个检测样板11和三个定位支撑样板9组成。所述支架5固定在检测工作台1上，检测样板11和定位支撑样板9分别通过立柱上的两个等距孔定位安装在支架5上。所述检测工作台1上表面为高度方向基准面，且检测工作台1沿X坐标方向和Y坐标方向加工有间距为100mm×100mm的120个定位孔的孔阵。

所述支架5由底座和立柱构成，立柱为正方形，其上沿高度方向等距开设有5个定位孔，孔距为100mm，立柱的两个侧面为检测样板11的定位面，两个侧面间的距离为50mm；底座上设有两个定位孔，定位孔孔距和孔径按与检测工作台1的相同，两定位孔中心连线与立柱上的孔轴线空间垂直。

实施例2

对工件的检测首先应确定被检工件10的定位基准，定位基准应保证工件10在检测装置上定位准确和便于测量，并应使工件10稳定可靠地置于检测装置上。由于型材三维弯曲件属于细长类弯曲零件，此类工件10一般是通过拉伸、弯曲和扭拧成型，其上一般既无平面也无直线。因此我们选择工件的三维数学模型的截面轮廓作为该检测装置的定位基准。由于工件一般呈弧形，为保证工件稳定需至少选择三个截面轮廓作为定位基准。

选取一种大型型材三维弯曲件的三维数学模型，经过合理的坐标变换使其适应于检测装置的坐标系空间内，即工件处于检测工作平台1范围内。此项工作需综合考虑工件在定位支撑样板9上是否稳定可靠；工件取放是否产生干涉；测量间隙误差值是否方便等因素。根据大型型材三维弯曲件的三维数学模型在检测装置上的空间位置确定各个支架5在检测工作平台1上的位置，其摆放以立柱不接触到工件为最近原则，将支架5底座上的两个定位孔与检测工作台1上的最近两个孔对正，即支架5的位置就确定了。按此方法将支架5沿着工件的长度方向排满整个大型型材三维弯曲件需要测量的区域。

以支架5上安装检测样板的立柱带孔面作为工具平面对大型型材三维弯曲件数学模型做剖切，即可获得该切面处检测样板数模截面轮廓线。在该工具平面上作矩形平面片，矩形的大小可由设计者确定，但最小应包含立柱上的两个定位孔，以立柱上的两个定位孔的圆心为中心在剖切平面上作两个圆的圆心十字线。将数模截面轮廓线、圆心十字线和矩形一起作投影图，转成CAD平面图，此平面图定义为样板基础图，如图5所示。所作的每一个检测样板基础图要做好标记和记录，标记和记录的内容应包含：

a.支架5在检测工作平台1上的孔位置编号(Xn,Yn)；

b.检测样板在立柱上的孔位置编号(Zn,Zn)；

c.在支架5立柱的左或右面。

有了样板基础图，就可以设计制作检测样板11和定位支撑样板9了。检测样板安装在支架5的左侧第三和第四个孔位上，此支架5安装在检测工作台1上第二列第三和第四排的两个定位孔位置上。

检具检测样板设计制作

用获取的样板基础图，作截面轮廓线图形的相似形放大的图，放大图距原图的距离，根据型材三维弯曲件的轮廓度公差确定，一般设定为5mm。如图6所示。将获得的放大图形做适当的删减留取必要的线条作为工件10的检测基准线，将端部作适当的补充线并相交于样板基础图的矩形上，修剪样板矩形，形成开口的检测基准线。以标记好的十字线交叉点为圆心作定位孔并标注公差。选择3mm的平整钢板，完成检测样板图的设计，并做好标记。 如图7所示，完成检测样板的设计，按图所示加工制作。

定位支撑样板9的设计制作

用获取的样板基础图，选定至少三个图形，将截面轮廓线图形做适当的删减留取必要的线条作为工件的定位支撑线，将端部作适当的补充线并相交于样板矩形上；修剪样板矩形，形成开口的定位支撑线；以标记好的十字线交叉点为圆心作定位孔并标注公差。选择3mm厚度的平整钢板，完成定位支撑样板9的设计制作，并做好标记，如图8所示。图中表示该定位支撑样板9安装在高度支架5左侧的第三和第四个孔位置上，此高度支架5安装在检测工作台1上第一列第三和第四排的两个定位孔位置上。

将制作完成的检测样板11按标记用两个螺钉6、垫圈7和螺母8定位，固定在支架5上对应的的立柱侧面和定位孔上；将带有固定好样板的支架5依据样板上的标记用两个定位销4定位在检测工作台1相对应的位置上，用螺钉3和压板2固定于检测工作台1上。依次将全部样板，支架5按标记固定好。至此，大型型材三维弯曲成型件的轮廓检测装置制作组装完成。当该检测装置用于检测其它型材的三维弯曲成型零件时，只需重新按上述步骤制作一套样板并重新组装即可，该装置的柔性即表现于此。

将弯曲成型的三维弯曲件按设定的位置放入检测装置的定位支撑样板9上，对工件10进行适当的调整使其可靠定位于定位支撑样板9上。工件10完全定位在检测装置上后，即可用塞尺或可读数测量工具对工件外轮廓与检测样板检测基准线之间的间隙进行测量，按检测样板位置读取、记录间隙值，如图9所示。

由于检测样板11预设了工件10无误差状态时的间隙值为5mm，故工件10在任意检测样板处的轮廓度误差值可用下面的表达式表示。

轮廓度误差值＝测量的间隙值－5mm。

当测量间隙值等于5mm时，表示工件在此样板处的轮廓度误差值为0；当轮廓度误差值出现正数或负数时，表示工件10在此样板处的轮廓度误差方向。根据零件的技术要求，判定零件合格与否。依据此轮廓度误差值可迅速判定工件10的超差位置，对工件10进行调校或对模具、设备进行调整。可利用此检测测量装置对成型后的工件进行必要的划线、标记 等。

本发明通过测量定位于检测装置上的三维弯曲件的轮廓与检测装置上的检测样板11之间的间隙值确定工件的轮廓误差值，同时可以测量工件三维弯曲控制曲线在该检测样板截面处的点坐标值。检测样板组最少应包络整个工件的有效区域。该检测装置构建了大型型材三维弯曲件的定位基准和截面轮廓检测基准。所述支架5能够在检测工作台1上任意排布，可以适应各种型材弯曲件的检测和测量，属于一种柔性检测装置。