汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置及測(cè)量方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域： 本發(fā)明涉及一種汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置及測(cè)量方法。屬于高精度 模具加工技術(shù)領(lǐng)域。
[0002]
【背景技術(shù)】： 隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)的競(jìng)爭壓力越來越大，在與現(xiàn)代制造技術(shù)相關(guān)緊密的 航空航天、汽車等領(lǐng)域，例如葉輪，汽車覆蓋件等自由曲面系列的零件得到了日益廣泛的應(yīng) 用，因此零件的加工質(zhì)量得到了廣泛的關(guān)注，必須通過對(duì)自由曲面進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量檢測(cè)其 加工精度，曲面數(shù)字化測(cè)量主要包括接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量兩大類，接觸式測(cè)量利用 多種測(cè)頭實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外表面的測(cè)量，采樣點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)與合理分布就成為了一個(gè)重要的研究問 題，其中等間距等測(cè)量方法原理簡單且易于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際測(cè)量中應(yīng)用廣泛但也存在很明顯 的不足；另外如等弧長均勻網(wǎng)格劃分技術(shù)，一方面通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)非均勻網(wǎng)格的劃分，另 一方面要求已知曲面的邊界曲線，也不能實(shí)現(xiàn)真正的等弧長。傳統(tǒng)的采樣方法由于涉及曲 面曲率的計(jì)算，因此僅局限于對(duì)已知數(shù)學(xué)模型（具體函數(shù)表達(dá)式）的自由曲面進(jìn)行采樣點(diǎn) 規(guī)劃，但不能解決已知CAD模型的自由曲面采樣問題，難以實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)與在機(jī)檢測(cè)系統(tǒng) (OMV)的有效對(duì)接。針對(duì)模具未知自由曲面，通過由3個(gè)激光位移傳感器組合的無接觸測(cè)量 裝置，自適應(yīng)設(shè)置采樣點(diǎn)。即基于曲面法向量的變化，在曲面彎曲程度較大區(qū)域，采樣點(diǎn)密 集，反之，曲面的彎曲程度小區(qū)域，采樣點(diǎn)也比較稀疏；如果被測(cè)未知曲面在采樣規(guī)劃方向 側(cè)面變化大，可根據(jù)需要自適應(yīng)布置一些偏置點(diǎn)等。本研究采用激光無接觸式測(cè)量方法對(duì) 轎車外覆蓋件模具的自由曲面進(jìn)行自適應(yīng)采樣規(guī)劃。
[0003]

【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明的目的是提供一種車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置及測(cè)量方法。
[0004] 上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置，其組成包括：測(cè)頭柄，所述的測(cè)頭 柄與激光位移傳感器基座連接，所述的激光位移傳感器基座與激光位移傳感器旋轉(zhuǎn)擋板連 接，所述的激光位移傳感器旋轉(zhuǎn)擋板分別與左激光位移傳感器、右激光位移傳感器連接，所 述的左激光位移傳感器、所述的右激光位移傳感器分別與激光位移傳感器連接板連接，所 述的激光位移傳感器連接板上安裝有旋鈕。
[0005] 所述的汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置，所述的激光位移傳感器連接 板之間安裝有前激光位移傳感器，所述的前激光位移傳感器通過激光位移傳感器連接板連 接在激光位移傳感器基架上。
[0006] 所述的汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置，所述的左激光位移傳感器、 所述的右激光位移傳感器與所述的前激光位移傳感器向下發(fā)射出三束激光在模具加工表 面形成一個(gè)三角形小平面測(cè)量區(qū)域，該區(qū)域大小通過旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)激光位移傳感器射出激 光的角度。
[0007] 所述的汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置，所述的左激光位移傳感器為 LDL，所述的右激光位移傳感器為LDR，所述的前激光位移傳感器為LDF。
[0008] 所述的汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置的測(cè)量方法，該方法包括如下 步驟： (1)在測(cè)量開始前，我們需要建立三個(gè)激光位移傳感器的測(cè)量坐標(biāo)系，名稱分別為LDF、 LDL、LDR，并且通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將三個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)一到基準(zhǔn)坐標(biāo)系，三個(gè)坐標(biāo)系相連接構(gòu)成一個(gè) 邊長相等的等邊三角形，也可以構(gòu)成其它形式三角形。
[0009] (2)設(shè)機(jī)床原點(diǎn)為0,三個(gè)坐標(biāo)軸方向與機(jī)床導(dǎo)軌的方向一致，建立機(jī)床坐標(biāo)系 Oxyz，建立傳感器測(cè)量坐標(biāo)系，當(dāng)測(cè)量機(jī)開始工作時(shí)LDL測(cè)量值為零的點(diǎn)為原點(diǎn)，建立LDL 對(duì)應(yīng)于機(jī)床的坐標(biāo)系，最后在機(jī)床上放置圓球建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系，每個(gè)坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)軸 都與、、軸平行并且方向需要一致。對(duì)激光位移傳感器進(jìn)行沿Y軸旋轉(zhuǎn)，所以要建立坐標(biāo)系 自身旋轉(zhuǎn)矩陣T。
[0010] (3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完畢后開始沿設(shè)定軌跡測(cè)量，LDF開始尋邊界，移動(dòng)激光測(cè)量裝置到 起點(diǎn)，開啟LDF，其他兩個(gè)暫不工作。讓裝置沿某一方向上移動(dòng)，當(dāng)測(cè)頭進(jìn)入曲面邊界R時(shí)， 輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生突變，這時(shí)測(cè)量軟件立即記錄該突變坐標(biāo)值，并保存為邊界點(diǎn)。
[0011] (4)LDF探路徑，沿曲面測(cè)量方向，同時(shí)打開三個(gè)傳感器，移動(dòng)三點(diǎn)激光測(cè)量裝置獲 取三角形小平面的法向量，當(dāng)前后曲面法向量夾角數(shù)值變化時(shí)，即超過最小偏轉(zhuǎn)角時(shí)，設(shè)最 小偏轉(zhuǎn)角為閾值，記錄測(cè)量點(diǎn)，為總體測(cè)量時(shí)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。這樣在陡峭明顯的區(qū)域曲面的 前后曲面法向量之間的偏轉(zhuǎn)角越大，所以相鄰點(diǎn)之間的間距就越小，測(cè)量點(diǎn)就多；在陡峭不 明顯的區(qū)域前后曲面的法向量偏轉(zhuǎn)角越小，則相鄰點(diǎn)之間的間距也越大，測(cè)量點(diǎn)就小，從而 實(shí)現(xiàn)采樣點(diǎn)的自適應(yīng)分布； 特別是測(cè)量軌跡的左右方向較為陡峭時(shí)，那么三點(diǎn)激光測(cè)量裝置所計(jì)算的法向量會(huì)向 曲面左右陡峭一側(cè)偏轉(zhuǎn)；此點(diǎn)法向量偏轉(zhuǎn)側(cè)分量與前面法向量的偏轉(zhuǎn)側(cè)分量夾角超過最小 偏轉(zhuǎn)角時(shí)，設(shè)最小偏轉(zhuǎn)角為閾值，沿偏轉(zhuǎn)方向增加采樣點(diǎn)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： 1.該裝置及自適應(yīng)采樣方法對(duì)分析模具的自由曲面加工精度大有益處，本發(fā)明避免 由于測(cè)量存在接觸力，而不能對(duì)軟質(zhì)、易碎等物體進(jìn)行接觸測(cè)量，避免測(cè)量時(shí)使工件產(chǎn)生變 形，具有很高的測(cè)量精度、良好的可靠性與穩(wěn)定性，所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)不需要進(jìn)行觸頭半徑 補(bǔ)償。
[0013] 本發(fā)明三點(diǎn)激光測(cè)量裝置是專門針對(duì)汽車外覆蓋件模具自由曲面，尤其是對(duì)模具 陡峭面的測(cè)量具有很明顯的針對(duì)性，能夠自適應(yīng)設(shè)置采樣點(diǎn)，重構(gòu)曲面的最大擬合誤差為 0. 02mm。
[0014] 本發(fā)明三點(diǎn)激光測(cè)量裝置測(cè)量方法簡單，對(duì)于長度為IOOmm左右的曲線，控制點(diǎn) 一般在30?40個(gè)較為適，可以在滿足模具曲面精度要求的前提下，提高工作效率，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果證明測(cè)量效率比接觸式測(cè)量高15%，速度提升11%，采樣點(diǎn)具有明顯的自適應(yīng)分布。
[0015]
【附圖說明】： 附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 附圖2是附圖1的主視圖。
[0017] 附圖3是附圖1的左視圖。
[0018] 附圖4是附圖1的俯視圖。
[0019] 附圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與測(cè)量示意圖。
[0020] 附圖6是本發(fā)明的采樣流程示意圖。
[0021] 附圖7是本發(fā)明坐標(biāo)系建立示意圖。
[0022] 附圖8是本發(fā)明測(cè)量方向上采樣實(shí)現(xiàn)過程A圖。
[0023] 附圖9是本發(fā)明測(cè)量方向上采樣實(shí)現(xiàn)過程B圖。
[0024] 附圖10是本發(fā)明測(cè)量方向上采樣實(shí)現(xiàn)過程C圖。
[0025] 附圖11是本發(fā)明測(cè)量方向上采樣實(shí)現(xiàn)過程D圖。
[0026] 附圖12是本發(fā)明被測(cè)未知小曲面的法向量示意圖。
[0027] 附圖13是本發(fā)明未知小曲面的法向量組示意圖。
[0028] 附圖14是本發(fā)明兩個(gè)法向量之間的夾角示意圖。
[0029] 附圖15是本發(fā)明采樣點(diǎn)的自適應(yīng)分布示意圖。
[0030] 附圖16是本發(fā)明未知曲面陡峭大時(shí)法向量向另一側(cè)的擺動(dòng)示意圖。
[0031] 附圖17是本發(fā)明偏轉(zhuǎn)法向量的分解示意圖。
[0032]
【具體實(shí)施方式】： 實(shí)施例1: 一種汽車外覆蓋件模具自由曲面自適應(yīng)采樣裝置，其組成包括：測(cè)頭柄1，所述的測(cè)頭 柄與激光位移傳感器基座2連接，所述的激光位移傳感器基座