一种大直径薄壁箱体的形变测量装置的制作方法

本发明涉及一种结构测量领域，特别是一种大直径薄壁箱体的形变测量装置。

背景技术：

大型薄壁金属贮箱从完成制作到表面喷涂和等厚加工过程中，要经过转运、起吊操作以及内部应力释放不均匀等，难免产生箱体的几何变形及表面微观凹陷度的加剧现象，尤其对于大直径薄壁金属贮箱的柱段此现象更为明显；箱体柱段表面凹陷度的加剧达到一定程度将对喷涂及等厚加工效果产生不利影响。

现有加工方法是采用传感器测量箱体距离的同时，实时生成加工程序，并控制刀轴进退实现泡沫塑料加工。泡沫塑料加工完成后的外型面与金属箱体相同，存在部分位置型面变化过大的问题。且现有的加工设备缺少金属型面的准确测量和记录装置，存在数据无法回溯，泡沫塑料型面偏差难以量化的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，实现了大直径薄壁贮箱的柱段面形变测量，在喷涂前对柱段表面变形程度指标进行分析，为喷涂后的表面泡沫塑料等厚加工工艺参数的优化提供理论依据。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，包括薄壁贮箱、工艺环、支撑旋转装置、机床、刀架基座、刀架、刀具、支撑架、激光传感器组件和立柱；其中，薄壁贮箱为圆筒状结构；薄壁贮箱水平放置；工艺环包覆在薄壁贮箱的轴向两端的外壁；支撑旋转装置分别设置在两端工艺环的底部；机床竖直设置在薄壁贮箱的一侧；刀架基座水平固定安装在机床的中部；刀架同轴固定安装在刀架基座的一端，且指向薄壁贮箱；刀具固定安装在刀架的轴向一端，且刀具与薄壁贮箱的外壁接触；立柱固定安装在刀架基座的上表面；支撑架固定安装在立柱的上表面；激光传感器组件固定安装在支撑架的上表面，且指向薄壁贮箱外壁。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述的支撑旋转装置为滚轮结构；通过旋转支撑旋转装置实现对薄壁贮箱的滚转运动。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述刀架基座在机床的带动下，实现以薄壁贮箱为圆心，轴向旋转18-22°。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述支撑架与立柱活动连接；支撑架以与立柱连接点为圆心，沿周向旋转8-10°。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述刀架基座在机床的带动下，实现沿薄壁贮箱轴向的平移。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述激光传感器组件包括激光传感器、伸缩块和滑动支撑座；其中，滑动支撑座套装在支撑架的外壁；伸缩块固定安装在滑动支撑座的上表面；激光传感器沿轴向固定安装在伸缩块的轴向一端；通过滑动支撑座沿支撑架轴向的滑动，带动激光传感器平移，实现对带动激光传感器和薄壁贮箱的外壁间距的调整。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述激光传感器的测量范围为50～300mm；光点直径为0.3mm；分辨率为50um；线性度为±0.1％；采样频率为50kHz。

在上述的一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，所述激光传感器的头端距薄壁贮箱的外壁145-155mm。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明现了对现有规格试验件的箱体柱段进行实际测量，利用测量结果进行变形量分析、对表面形貌数据计算金属表面形变，为喷涂质量检验提供依据，同时，利用测量数据进行仿真加工计算，根据仿真加工结果对实时加工工艺参数进行优化，为加工安全及提高加工精度提供依据；

(2)本发明采用了长距离高精度CCD激光位移传感器，该传感器采用了CCD作为光接收元件及一个32位超高速RISC处理器以提供信号处理，不论目标表面性质如何，都能提供高精度的测量，且独特的光学系统大幅缩小镜头像差，可达到0.3mm的光点直径，使目标物表面轮廓得以精确的测量。

附图说明

图1为本发明形变测量装置示意图；

图2为本发明形激光传感器组件示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提出了一种大直径薄壁贮箱的柱段面形变测量方法，设计了一套测量装置，解决了贮箱柱段面表面变形波纹测量问题，实现了大直径薄壁贮箱的柱段面形变测量，并在喷涂前对柱段表面变形程度表面凹陷度指标进行分析，为喷涂后的表面泡沫塑料等厚加工工艺参数的优化提供理论依据。

如图1所示为形变测量装置示意图，由图可知，一种大直径薄壁箱体的形变测量装置，包括薄壁贮箱1、工艺环2、支撑旋转装置3、机床4、刀架基座5、刀架6、刀具7、支撑架8、激光传感器组件9和立柱10；其中，薄壁贮箱1为圆筒状结构；薄壁贮箱1水平放置；工艺环2包覆在薄壁贮箱1的轴向两端的外壁；支撑旋转装置3分别设置在两端工艺环2的底部；机床4竖直设置在薄壁贮箱1的一侧；刀架基座5水平固定安装在机床4的中部；刀架6同轴固定安装在刀架基座5的一端，且指向薄壁贮箱1；刀具7固定安装在刀架6的轴向一端，且刀具7与薄壁贮箱1的外壁接触；立柱10固定安装在刀架基座5的上表面；支撑架8固定安装在立柱10的上表面；激光传感器组件9固定安装在支撑架8的上表面，且指向薄壁贮箱1外壁。

其中，支撑旋转装置3为滚轮结构；通过旋转支撑旋转装置3实现对薄壁贮箱1的滚转运动。刀架基座5在机床4的带动下，实现以薄壁贮箱1为圆心，轴向旋转18-22°。支撑架8与立柱10活动连接；支撑架8以与立柱10连接点为圆心，沿周向旋转8-10°。述刀架基座5在机床4的带动下，实现沿薄壁贮箱1轴向的平移。

激光传感器组件9包括激光传感器9-1、伸缩块9-2和滑动支撑座9-3；其中，滑动支撑座9-3套装在支撑架8的外壁；伸缩块9-2固定安装在滑动支撑座9-3的上表面；激光传感器9-1沿轴向固定安装在伸缩块9-2的轴向一端；通过滑动支撑座9-3沿支撑架8轴向的滑动，带动激光传感器9-1平移，实现对带动激光传感器9-1和薄壁贮箱1的外壁间距的调整。

激光传感器9-1的测量范围为50～300mm；光点直径为0.3mm；分辨率为50um；线性度为±0.1％；采样频率为50kHz。激光传感器9-1的头端距薄壁贮箱1的外壁145-155mm。

一种大直径薄壁箱体的柱段面形变测量方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步：竖直方向调整激光传感器组件9测量点升到薄壁贮箱1半径高度，然后水平方向调整使激光传感器组件9到薄壁贮箱1表面距离为150mm左右，此后水平方向不再移动，激光传感器组件9测量值只随薄壁贮箱1轴向方向变形而变化，激光传感器组件9在不同测点的测量值即可反应薄壁贮箱1表面的变形情况。

第二步：通过水平移动机床4，使激光传感器9-1对准一端工艺环2内侧的薄壁贮箱1；移动机床4，使刀架基座5水平移动到另一端工艺环2的内侧；移动过程中激光传感器9-1对薄壁贮箱1表面进行测量，完成一条母线的测量。

第三步：通过支撑旋转装置3使薄壁贮箱1旋转一定角度，重复步骤二，完成又一条母线的测量，依此类推直至完成整个型面的数据测量。

第四步：对测量系统测得的箱体圆柱段表面数据进行分析，最终给出以下描述箱体变形数据：(1)给出箱体整体最大变形量，即测量数据最大值和最小值的偏差。(2)给出变形量最大的圆周位置及圆周曲线。(3)给出变形量最大的母线位置及直角坐标曲线。(4)用图形化的方式给出箱体柱段整体变形情况。(5)可以选择任意一个圆周和任意一条母线，并观察其变形最大波幅和最大凹陷斜率，典型区域可进一步进行仿真加工分析。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。