一种可调式小直径航天产品复杂外形特征测量装置及方法与流程

本发明涉及航天制造，具体涉及一种可调式小直径航天产品复杂外形特征测量装置及方法。

背景技术：

1、随着科学技术的进步，在当前推动自动化、数字化改革升级的背景下，突破传统制造模式桎梏，某航天产品面临着改变生产模式，建设自动化生产线，提高生产效率等需求。某航天产品装配测试完成后，还需进行直径、同轴度、局部凸出尺寸和产品长度等多个关键尺寸的测量工作，传统的测量途径依靠人工使用游标卡尺、外径千分尺、高度尺、卷尺等工具完成，该工艺路线工序多、涉及多种量具或工艺装备，极易产生人为误差，且测量精度与效率逐渐难以满足产品数字化、自动化与大批量高效率测量的需要，已无法满足自动化生产线建设需求。

2、为了实现产品复杂外形高效测量，国内有专家学者提出了一种外型面质量智能总检方法，具体为：使用多个光学追踪器构建全局测量坐标系得到整体位姿或采用视觉相机对局部特征进行拍照测量；以上外型面检测方法，需通过多传感器协同完成检测，检测过程繁琐，传递误差累积较大，无法满足航天产品大批量生产下高精度测量的要求；由于该产品各项特征比较分散，采用视觉相机测量的方法只能完成局部特征测量，无法对大尺寸的工件进行全局测量。

3、另有专家提出了在工件外形面粘贴标志点，再采用激光扫描仪对工件表面特征进行扫描，并提取外形特征的方式进行测量，该测量方式需要在工件外形面粘贴数十个标志点，存在两点问题：一是标志点消耗量大、粘贴时间较长，无法满足节拍需求和规模化批量生产的需要；二是该型产品表面不允许粘贴标志点，无法采用此方式进行测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可调式小直径航天产品复杂外形特征测量装置及方法，针对现有技术存在的航天产品表面无法粘贴标志点导致测量基准缺失以及大长径比产品扫描累积误差大的问题，本技术通过一种可调式小直径航天产品复杂外形特征测量装置及方法，实现了非接触式多特征同步自动测量与高精度参数表征。

2、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

3、一种可调式小直径航天产品复杂外形特征测量装置，包括：可调节辅助扫描装置、三维激光扫描设备和接驳支撑组件；所述可调节辅助扫描装置包括对称布置的立柱、升降机构、横梁、卡爪和卡爪驱动模块；所述升降机构安装在所述立柱上，所述升降机构顶端连接所述横梁，用于驱动所述横梁沿所述立柱做升降运动；所述卡爪驱动模块与所述卡爪传动连接，用于驱动所述卡爪沿所述横梁滑动，以实现所述卡爪安装间距的无级调节；所述卡爪包括圆弧爪、靶球、安装支架、铰链、弹簧、定位杆、固定板和锁紧螺钉；所述靶球安装在所述圆弧爪上，所述圆弧爪与所述安装支架通过所述铰链连接；所述固定板与所述安装支架固定连接，所述固定板上设有多个不同位置的定位孔，用于与所述定位杆配合定位，以固定所述圆弧爪的开合角度；调整开合角度时，抬升所述定位杆使所述定位杆末端脱离所述定位孔，转动角度后松开所述定位杆，所述定位杆的末端在所述固定板的平面上滑动，到达指定位置后，所述定位杆末端自动滑入所述固定板的定位孔内，实现开合角度锁定；所述弹簧为所述定位杆提供复位弹力，使所述定位杆末端自动滑入所述定位孔；所述锁紧螺钉用于将所述卡爪与滑块连接；所述三维激光扫描设备用于对工件进行扫描并处理点云数据；所述接驳支撑组件用于承载和支撑工件。

4、优选地，所述升降机构由伺服电机、减速机、减速机安装座和螺旋升降机组成；所述升降机构作为所述可调节辅助扫描装置的驱动装置，通过电气同步控制实现两个所述螺旋升降机的同步升降动作。

5、优选地，所述卡爪驱动模块由伺服电机、减速机、l形减速机安装板、齿轮和齿条组成；所述齿条安装在基座梁上，所述l形减速机安装板与所述安装支架连接，每套所述卡爪均配置一套所述卡爪驱动模块，用于驱动所述卡爪实现安装间距无级调节。

6、优选地，所述横梁由所述基座梁、直线导轨、滑块和所述卡爪驱动模块组成；所述滑块可在所述直线导轨上滑动，用于所述卡爪在所述横梁上滑动的导向。

7、优选地，所述三维激光扫描设备由三维激光扫描仪、图形工作站、移动工作台和标定组件组成；所述三维激光扫描仪通过数据线缆与所述图形工作站连接，所述图形工作站放置于所述移动工作台上；所述标定组件用于校准所述三维激光扫描仪的扫描精度；所述接驳支撑组件由接驳托架和支撑平台组成，所述接驳托架放置于所述卡爪下方，用于与agv自动接驳并承载所述支撑平台；所述支撑平台上有4个支撑托，用于支撑工件。

8、此外，本发明还提供了一种基于如上述方案所述的可调式小直径航天产品复杂外形特征测量装置的测量方法，包括以下步骤：

9、s1 准备与上料：调整所述卡爪为张开状态并调整所述升降机构至预设高度；首次测量前将标志点粘贴在所述卡爪上，所述标志点只粘贴一次用于批量测量；通过agv将产品自动转运至测量工位的接驳托架上；

10、s2 包络产品：控制所述升降机构自动下降至预设位置，根据工件外形特征调整不同部位所述卡爪的开合角度使其包覆产品，同时控制所述卡爪自动在所述横梁上滑动以保证卡爪间隔；

11、s3 校准与建立测量场：连接三维激光扫描仪与图形工作站，通过标定组件校准扫描精度；扫描所述卡爪上的标志点建立统一坐标系，对所述标志点进行优化处理；

12、s4 扫描与点云处理：设置网格间距，从产品中部开始往两端扫描获取整体外形，调整网格间距对局部复杂特征精细扫描；对点云数据进行去噪、过滤、封装、修补及网格简化处理；

13、s5 建模与测量：首次测量前建立简化理论样机模型并定义各特征标准值和公差值，搭建多参数自动比对测量模板；基于实测模型选择最佳拟合算法进行直径、同轴度、局部凸出尺寸和产品长度的多参数测量；

14、s6 输出报告：生成包含检测数据、多重视图、注释和结果的详细检测报告。

15、优选地，所述s2 包络产品中，控制所述升降机构自动下降，根据工件外形特征调整不同部位所述卡爪的开合角度使其包覆产品，同时控制所述卡爪自动在所述横梁上滑动保证卡爪间隔；其中，所述卡爪间隔为150~200mm，所述卡爪可适配直径为φ200~φ400mm。

16、优选地，所述s4 扫描与点云处理中，设置网格间距，从产品中部开始往两端扫描获取整体外形，调整网格间距对局部复杂特征精细扫描；进行批量去噪、过滤、删除孤立点云和非测量特征点云、封装、修补操作对模型进行处理，采用网格简化、平滑处理或拓扑优化操作进行模型优化。

17、优选地，所述s5 建模与测量中，首次测量前建立简化理论样机模型，删除真实产品冗余特征对理论样机模型进行简化处理，定义各个特征标准值和公差值；在测量软件中定义实测模型与理论样机模型的对齐方式和拟合方式，逐个定义理论样机模型的各个特征的测量元素，并定义参数测量方法，配置输出报告格式，完成测量模板搭建。

18、优选地，所述s5 建模与测量中，基于实测模型，在测量软件中选择实测模型数据，选择最佳拟合算法进行特征拟合并完成直径、同轴度、局部凸出尺寸和产品长度的多个关键特征的测量；所述s6 输出报告中，生成包含检测数据、多重视图、注释和结果的详细检测报告。

19、本发明具有以下优点：

20、1）本发明通过agv自动上料、卡爪高度自动同步调节等方式构建了一种基于三维激光扫描的非接触式多特征同步自动测量模式，满足生产线快速节拍适配需求，提高装配效率。

21、2）本发明针对某航天产品表面无法粘贴标识点的问题和柔性兼容性需求，设计了可调节辅助扫描装置来代替产品表面粘贴标志点，该装置可根据使用需求调节卡爪高度，并通过由弹簧、定位杆、定位孔等组成的可快速定位的卡爪调节机构来精确调节开合角度，以及卡爪在横梁上可无级调节安装间距，具有较好的适应性和柔性化，可用于多种规格的航天产品外形特征尺寸非接触式测量。

22、3）本发明针对大长径比产品，采用从产品中部开始往两端扫描的路径策略，相较于传统的单向顺序扫描，能够将拼接过程中的体积累加误差分散到两个方向，减小全长同轴度及长度尺寸的测量误差。

23、4）本发明通过建立简化的理论样机模型并搭建多参数自动比对测量模板，删除真实产品冗余特征，使测量软件能够利用特征匹配算法快速识别目标测量特征，结合标志点一次性粘贴复用机制，缩短了单件产品的测量准备时间和测量节拍，满足航天产品规模化大批量生产的检测需求。