專利名稱：一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)械加工領(lǐng)域中，柔性制孔是對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)柔性鉆鉚的重要環(huán)節(jié)，鉚接點(diǎn)孔位的垂直度直接影響到壁板鉚接質(zhì)量，在飛機(jī)、高速列車等蒙皮、壁板曲度高度復(fù)雜的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)柔性制孔的法向找正提出了很高的要求。由于蒙皮多采用鉚接結(jié)構(gòu)，鉆孔法向精度超差導(dǎo)致的孔質(zhì)量缺陷將直接影響蒙皮的氣動(dòng)外形乃至部件結(jié)構(gòu)的安全性能。飛機(jī)蒙皮一般很薄，并具有復(fù)雜的曲度，孔的法線方向隨曲面外形變化而變化，鉆孔時(shí)，法線偏差對(duì)孔的質(zhì)量有明顯的影響。如果鉚釘孔與蒙皮曲面法矢方向夾角過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致鉚釘不能垂直打入蒙皮，破壞蒙皮表面光滑度，并造成部分鉚接為強(qiáng)行連接，使被連接件在連接處受力不均勻，極大地影響連接質(zhì)量和氣動(dòng)外形。此外，飛機(jī)、高速列車等蒙皮部件鉆孔數(shù)量巨大，手工鉆孔存在著質(zhì)量一致性差、效率低等突出問(wèn)題，采用機(jī)器人柔性制孔可以較大的提高制孔效率和質(zhì)量。隨著生產(chǎn)需求的提高，采用自動(dòng)化鉆孔是必然趨勢(shì)。因此，鉆孔法向精度的在線測(cè)量和調(diào)整越來(lái)越顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用需求。目前，國(guó)內(nèi)外常用的確定自由曲面上任意一點(diǎn)處法向矢量的方法如下1、手工調(diào)平法即采用手工鉆孔時(shí)，若蒙皮部件的安裝出現(xiàn)誤差或者局部變形， 操作人員可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整鉆頭角度來(lái)保證鉆孔的法向精度，或者采用一種特定裝置 (如鉆杯、鉆套)進(jìn)行校正。鉆孔時(shí)，3個(gè)支腳頂在工件表面，使杯形裝置垂直于工件表面。 杯形裝置套在鉆頭上，通過(guò)彈簧預(yù)加負(fù)載力使杯形裝置緊貼工件表面，鉆頭沿導(dǎo)向槽可以伸出和縮回，從而保證鉆孔時(shí)鉆孔刀具基本垂直于工件的表面。該方法的不足是調(diào)平時(shí)間長(zhǎng)而且垂直精度主要依靠操作人員的自身經(jīng)驗(yàn)，效率低且通用性差，難以保證精度，不能滿足數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)化柔性制孔的測(cè)量要求。2、三角面片法即采用微小三角平面近似模擬變形曲面，法線由三點(diǎn)組成的平面三角形確定。按照直角三角形的結(jié)構(gòu)形式在鉆孔軸的壓腳周圍安裝3個(gè)位移傳感器，當(dāng)壓腳按理論法向壓緊部件時(shí)，如果刀具垂直于部件表面，則3個(gè)位移傳感器的測(cè)量值相等，如果不垂直，則3個(gè)位移傳感器的測(cè)量值不相等，根據(jù)位移傳感器測(cè)量值的不同，可以計(jì)算出刀具與蒙皮表面的法向誤差，即蒙皮實(shí)際法向與理論法向的偏差。該方法的不足是由于采用微小三角平面近似模擬變形曲面，擴(kuò)大了垂直定位誤差，會(huì)對(duì)測(cè)量精度會(huì)產(chǎn)生一定影響， 當(dāng)待測(cè)曲面的曲率較大時(shí)，測(cè)量精度難以保證。3、曲面擬合法即通過(guò)采集待測(cè)曲面上的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面擬合，獲得一個(gè)與待測(cè)曲面近似的曲面片，再根據(jù)該曲面片求出過(guò)待測(cè)點(diǎn)的法向矢量。該方法計(jì)算復(fù)雜，工作量較大，往往需要獲取曲面上幾十個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)，才可以獲得較高的計(jì)算精度。由于測(cè)量技術(shù)、工作效率以及自動(dòng)鉆鉚設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，在實(shí)際自動(dòng)鉆鉚加工過(guò)程中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)蒙皮壁板表面大量數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，使該方法失去了應(yīng)用的前提，不能有效地解決自動(dòng)鉆鉚過(guò)程中實(shí)時(shí)求解鉆鉚點(diǎn)法向矢量問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問(wèn)題為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，其特征在于包括一個(gè)主體固定組件和四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)；每個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)包括角度傳感器，觸桿和球形觸頭，觸桿外端與球形觸頭相連，觸桿另一端與角度傳感器測(cè)量軸固定連接，角度傳感器測(cè)量觸桿帶動(dòng)角度傳感器測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；主體固定組件包括連接底座和盒體，連接底座與盒體固定相連，連接底座與外部機(jī)械加工臂固定相連，盒體側(cè)面均布有四個(gè)徑向凹槽，四個(gè)徑向凹槽呈十字形分布，四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)分別放置在四個(gè)徑向凹槽內(nèi)，并且分別通過(guò)各自的角度傳感器與盒體固定連接，位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸平行，位置相鄰的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸垂直，位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的球形觸頭的球心連線與另外兩個(gè)位置相對(duì)的偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的球形觸頭的球心連線垂直，且兩條球心連線與外部機(jī)械加工臂中心軸線均相交，每個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的觸桿在其與角度傳感器連接的一端端部還通過(guò)復(fù)位拉簧與盒體連接。所述的一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，其特征在于還包括有觸桿限位板，所述觸桿限位板為中心對(duì)稱的板狀結(jié)構(gòu)，固定在盒體背對(duì)連接底座的一側(cè)，且觸桿限位板中心軸線與外部加工臂中心軸線共線，觸桿限位板用于確定觸桿的初始外偏角。所述的一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，其特征在于還包括有近距觸碰報(bào)警器，近距觸碰報(bào)警器固定在觸桿限位板上，用于測(cè)量裝置與自由曲面的距離，并在測(cè)量裝置與自由曲面的距離小于設(shè)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)，防止裝置與自由曲面的距離過(guò)近。有益效果本發(fā)明通過(guò)四個(gè)兩兩正交的偏角測(cè)量組件與自由曲面接觸，擬合得到兩條正交曲線，兩條正交曲線與外部機(jī)械加工臂中心軸線形成正交平面，通過(guò)在正交平面內(nèi)求取曲線在待測(cè)點(diǎn)處的法向矢量，對(duì)正交平面進(jìn)行角度修正，最后求取修正后的正交平面與自由曲面交線在待測(cè)點(diǎn)處的法向矢量，即為自由曲面上待測(cè)點(diǎn)處的法向矢量。本方法采用曲線擬合代替了曲面擬合，相對(duì)與曲面擬合法較為簡(jiǎn)單，測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，省去了曲面擬合的復(fù)雜過(guò)程，而且在測(cè)量大曲率曲面時(shí)精度也能滿足實(shí)際要求，便于應(yīng)用。由于采用接觸式測(cè)量方法，數(shù)據(jù)采集結(jié)果準(zhǔn)確，測(cè)量精度較高，并可有效降低裝置成本，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活， 可靠性高、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。

圖1 本發(fā)明中裝置的主視圖；圖2 本發(fā)明中裝置的仰視圖；圖3 本發(fā)明中裝置的0-0剖視圖；[0019]圖4 偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5 偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖；圖6 上盒體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7 下盒體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8 實(shí)施例中測(cè)量法向矢量的數(shù)學(xué)模型示意圖；其中1、偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)；2、連接底座；3、觸桿限位板；4、近距觸碰報(bào)警器；5、下盒體；6、上盒體；7、復(fù)位拉簧；8、觸桿；9、連桿；10、球形觸頭；11、角度傳感器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明。實(shí)施例本實(shí)施例為測(cè)量飛機(jī)蒙皮上待鉆鉚點(diǎn)的法向矢量，由于現(xiàn)代飛機(jī)蒙皮多為自由復(fù)雜曲面，為了既迅速快捷又精確地測(cè)量待鉆鉚點(diǎn)的法向矢量，本實(shí)施例中采用本發(fā)明提出的測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量。參照附圖1，本裝置包括一個(gè)主體固定組件和四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)1。主體固定組件由連接底座2和盒體組成，盒體分為上盒體6和下盒體5，上盒體6和下盒體5通過(guò)螺栓固定連接，連接底座2 —側(cè)與上盒體6通過(guò)螺栓固定連接，連接底座2另一側(cè)與外部機(jī)械加工臂通過(guò)螺栓固定相連。參照附圖2、附圖6和附圖7，在盒體的側(cè)面均布有四個(gè)徑向凹槽，且四個(gè)徑向凹槽呈十字形分布，徑向凹槽用于放置偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)1的觸桿8、連桿9和球形觸頭10，在盒體內(nèi)部也有四組空間，分別用于放置四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)1的角度傳感器11。參照附圖3，附圖4和附圖5，每個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)1包括角度傳感器11，觸桿8和球形觸頭10，觸桿8外端通過(guò)連桿9與球形觸頭10相連，觸桿8另一端與角度傳感器11的測(cè)量軸固定連接，觸桿8能夠帶動(dòng)角度傳感器測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角度傳感器11測(cè)量觸桿8帶動(dòng)角度傳感器測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。球形觸頭10為鋼性球體，球體表面光滑，摩擦阻力小，測(cè)量時(shí)球形觸頭10與蒙皮接觸并相對(duì)滑動(dòng)。參照附圖1、附圖2和附圖3，在下盒體5的底部還安裝有觸桿限位板3，觸桿限位板3為中心對(duì)稱的板狀結(jié)構(gòu)，且觸桿限位板3的中心軸線與外部機(jī)械加工臂中心軸線共線， 觸桿限位板3用于確定觸桿的初始外偏角。在觸桿限位板3還固定有近距觸碰報(bào)警器4，用于測(cè)量裝置與蒙皮曲面的距離，并在測(cè)量裝置與蒙皮曲面的距離小于設(shè)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)， 防止裝置與蒙皮曲面的距離過(guò)近。四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)1通過(guò)各自的角度傳感器11與盒體固定連接，并且四個(gè)觸桿8 均與觸桿限位板3接觸，以便于確定觸桿的初始外偏角。四個(gè)觸桿在各自與角度傳感器連接的一端端部還通過(guò)復(fù)位拉簧7與盒體連接，復(fù)位拉簧7的作用是在裝置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，將觸桿從較大的外偏角度恢復(fù)到初始外偏角度。為了保證裝置測(cè)量的準(zhǔn)確性，在裝置的裝配過(guò)程中需要保證以下幾點(diǎn)1、位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸平行；2、位置相鄰的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸垂直；3、位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的球形觸頭的球心連線與另外兩個(gè)位置相對(duì)的偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的球形觸頭的球心連線垂直，且兩條球心連線與外部機(jī)械加工臂中心軸線均相交。由于本身測(cè)量的就是自由曲面上的任意點(diǎn)法向矢量，所以四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)中， 各自角度傳感器測(cè)量軸與球形觸頭球心的距離是否相同，對(duì)裝置測(cè)量的準(zhǔn)確性沒(méi)有影響， 但是為了便于在數(shù)控系統(tǒng)中確定球形觸頭與蒙皮接觸點(diǎn)坐標(biāo)，所以在本實(shí)施例中四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸與球形觸頭球心的距離相同。采用上述裝置測(cè)量飛機(jī)蒙皮上待鉆鉚點(diǎn)的法向矢量，包括以下步驟步驟1 通過(guò)數(shù)控機(jī)床移動(dòng)外部機(jī)械加工臂，使測(cè)量裝置的四個(gè)偏角測(cè)量組件1朝向蒙皮曲面，并且外部機(jī)械加工臂中心軸線通過(guò)蒙皮曲面上的待鉆鉚點(diǎn)；步驟2 操縱外部機(jī)械加工臂沿其中心軸線運(yùn)動(dòng)，使測(cè)量裝置向待鉆鉚點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，四個(gè)偏角測(cè)量組件的球形觸頭分別與蒙皮曲面接觸，并且球形觸頭在蒙皮曲面上滑動(dòng)， 當(dāng)外部機(jī)械加工臂沿其中心軸線向蒙皮曲面方向運(yùn)動(dòng)到預(yù)設(shè)位置，本實(shí)施例中測(cè)量裝置的近距觸碰報(bào)警器離蒙皮曲面的距離為5mm后，操縱外部機(jī)械加工臂沿其中心軸線向遠(yuǎn)離蒙皮曲面方向回復(fù)運(yùn)動(dòng)，使四個(gè)球形觸頭與蒙皮曲面脫離接觸；偏角測(cè)量組件中的角度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)過(guò)程中觸桿的偏轉(zhuǎn)角度，并傳遞給數(shù)控系統(tǒng)解算出球形觸頭與蒙皮曲面接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。球形觸頭與蒙皮曲面接觸點(diǎn)的坐標(biāo)詳細(xì)解算過(guò)程為建立測(cè)量裝置的空間法向測(cè)量數(shù)學(xué)模型，如圖8所示，其中向量η代表外部機(jī)械加工臂的中心軸線方向，正交向量ηι、η2 所在的平面為測(cè)量裝置上下盒體的接觸分離面，同時(shí)也是四個(gè)角度傳感器測(cè)量軸軸線所處的公共平面，向量η垂直于該平面，垂足為點(diǎn)0。向量Ii1與一組位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸軸線平行，向量η2與另一組位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸軸線平行。點(diǎn)P1至&代表四支觸桿端部的球形觸頭的球心點(diǎn)，兩條虛線即為球形觸頭運(yùn)動(dòng)在蒙皮曲面上劃過(guò)的軌跡曲線，點(diǎn)O1至04分別為四支角度傳感器的測(cè)量軸軸線與各自觸桿軸線的焦點(diǎn)。首先，確定數(shù)學(xué)模型中的已知量由于該測(cè)量機(jī)構(gòu)固連于六坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，隨之共同運(yùn)動(dòng)完成一系列測(cè)量過(guò)程。所以測(cè)量裝置的空間位置可由機(jī)器人機(jī)械臂末端的位置直接導(dǎo)出?，F(xiàn)可確定后續(xù)計(jì)算所需的已知量如下1、通過(guò)機(jī)器人機(jī)械臂末端位置可以得出四個(gè)角度傳感器測(cè)量軸軸線所處平面方程 Ax+By+Cz+D = 0，點(diǎn) 0 的坐標(biāo)(x0, y0, z0)以及向量 Ii1 表達(dá)式 H1 = (A1, B1, C1)；2、由測(cè)量裝置的尺寸可以得出角度傳感器測(cè)量軸軸線與外部機(jī)械加工臂中心軸線的距離a，角度傳感器測(cè)量軸軸線與球形觸頭球心的距離L以及球形觸頭半徑R ；3、四個(gè)角度傳感器測(cè)得的觸桿偏轉(zhuǎn)角θ n(n = 1，2，3，4)。其次，推導(dǎo)模型中的未知量1、外部機(jī)械加工臂中心軸線方程
X-XO V-Vo Z-ZO向量η的表達(dá)式為η = (A, B，C)2、向量 n2:[0050]= (SC1 - 5,C)/ + (A}C - AC1)j + (AB1 - A}B)k = (SC1 - BiC、A1C - ACv AB1 -AxB)3、由向量n2和點(diǎn)0的坐標(biāo)可以得到過(guò)P1, P3和0點(diǎn)的平面方程滿足(BCfB1C) X0+ (A1C-AC1) y0+ (AB1-A1B) z0+O, = 0得出D1 = -[(BC1-B1Ck0+(A1C-AC1)yo+(AB1-A1Bk0]，貝丨J過(guò) P^P3 和 點(diǎn)的平面方程為(BC1-B1C) χ+ (A1C-AC1) y+ (AB1-A1B) z-[ (BC1-B1C) x0+ (A1C-AC1) y0+ (AB1-A1B) z0] = 04、由點(diǎn)0的坐標(biāo)和四個(gè)角度傳感器測(cè)量軸軸線所處平面方程Ax+By+Cz+D = 0求點(diǎn)O1至O4的坐標(biāo)以O(shè)1點(diǎn)為例，設(shè)O1點(diǎn)坐標(biāo)為Ov II1, P1)，O1點(diǎn)在平面Ax+By+Cz+D = 0上，
所以 Ami+Brii+CPi+D = 0 ；O1 點(diǎn)到 0 點(diǎn)距離為 a，所以α 二 ^(m, -X0)2+ (n, -y0f+(p, -zQ)2 .
m] -X0 η, -^0 P1 -Z0
對(duì)應(yīng)比例式“^““二“^“二“^“嚙立求解三式可以得到仏點(diǎn)坐標(biāo)On1, ηι; P1)。同理
可以得到02，03，04的坐標(biāo)。5、由四個(gè)角度傳感器測(cè)得的觸桿偏轉(zhuǎn)角θη(η= 1，2，3，4)計(jì)算接觸球心點(diǎn)P1至 P4的坐標(biāo)以P1點(diǎn)為例，設(shè)P1點(diǎn)坐標(biāo)為(X1, Y1, Z1)，P1點(diǎn)處于平面(BC1-B1C) χ+ (A1C-AC1) y+ (AB1-A1B) z- [ (BC1-B1C) x0+ (A1C-AC1) y0+ (AB1-A1B) z0] = 0 中，得到(BC1-B1C) X1+ (A1C-AC1) Y1+ (AB1-A1B) Z1-[ (BC1-B1C) x0+ (A1C-AC1) y0+ (AB1-A1B) z0]= OP1到O1的距離為L(zhǎng)，得至^(χ, -m,)2 + (^1 - ,)2+ (Z1 — p})2 = L ；由觸桿偏轉(zhuǎn)角θ工，向量n = (Α, B, C), \P) = (X1 - mP 力- ρ ζ, 一 P1)得到COS^j^l ^ y \MXi-^B.(y]-n]) + C.(Zl-Pl)\
H· ηθιΡι U2+B2+C2 -V^1 -^,)2 +(^ ~nxf +(Z1 -Pxf聯(lián)立求解以上三等式可求得P1點(diǎn)坐標(biāo)(Xl，Y1, Z1)，同理可求出P2，P3, P4點(diǎn)坐標(biāo)。按上述步驟分別求出不同時(shí)間對(duì)應(yīng)的不同觸桿偏角下的觸點(diǎn)球心坐標(biāo)值后，運(yùn)用基于CATIA曲面造型中的NURBS曲線擬合法分別對(duì)兩組位置相對(duì)的球形觸頭與蒙皮曲面接觸點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行曲線擬合，在蒙皮曲面上得到兩條正交的曲線，兩條正交曲線的交點(diǎn)與蒙皮曲面上的待鉆鉚點(diǎn)重合，且每一條曲線都分別處于一個(gè)平面上。步驟3 在步驟2得到的任意一條曲線所處的平面內(nèi)，通過(guò)調(diào)用CATIA中線框與曲面造型模塊中的平面內(nèi)的法線求解功能計(jì)算該條曲線上待鉆鉚點(diǎn)處的法向矢量，以在步驟 2中得到該條曲線的兩個(gè)相對(duì)的偏角測(cè)量組件為第一組偏角測(cè)量組件，剩余兩個(gè)相對(duì)的偏角測(cè)量組件為第二組偏角測(cè)量組件；步驟4 偏轉(zhuǎn)外部機(jī)械加工臂，使外部機(jī)械加工臂中心軸線與步驟3中得到的法向矢量重合，然后再次操縱外部機(jī)械加工臂沿其中心軸線運(yùn)動(dòng)，使測(cè)量裝置向待鉆鉚點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，第二組偏角測(cè)量組件的球形觸頭分別與蒙皮曲面接觸，并且球形觸頭在蒙皮曲面上滑動(dòng)，第二組偏角測(cè)量組件中的角度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)過(guò)程中觸桿的偏轉(zhuǎn)角度，并傳遞給數(shù)控系統(tǒng)解算出球形觸頭與蒙皮曲面接觸點(diǎn)的坐標(biāo)，并對(duì)第二組偏角測(cè)量組件與蒙皮曲面接觸點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行曲線擬合，得到一條與步驟3中采用的曲線正交的曲線，得到的曲線過(guò)待鉆鉚點(diǎn)，并且處于一個(gè)平面上；步驟5 在步驟4得到的曲線所處的平面內(nèi)，通過(guò)調(diào)用CATIA中線框與曲面造型模塊中的平面內(nèi)的法線求解功能計(jì)算步驟4得到的曲線上待鉆鉚點(diǎn)處的法向矢量，即為在蒙皮曲面上待鉆鉚點(diǎn)的法向矢量。本實(shí)施例中以某型號(hào)飛機(jī)機(jī)翼蒙皮壁板上的幾組實(shí)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的樣條曲面為例，驗(yàn)證該方法在測(cè)量自由曲面時(shí)的準(zhǔn)確性。由機(jī)器人實(shí)地測(cè)量該蒙皮壁板曲面中的某一段，通過(guò)坐標(biāo)變換后得出空間坐標(biāo)系下的點(diǎn)位表如下
權(quán)利要求1.一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，其特征在于包括一個(gè)主體固定組件和四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)；每個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)包括角度傳感器，觸桿和球形觸頭，觸桿外端與球形觸頭相連，觸桿另一端與角度傳感器測(cè)量軸固定連接，角度傳感器測(cè)量觸桿帶動(dòng)角度傳感器測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；主體固定組件包括連接底座和盒體，連接底座與盒體固定相連，連接底座與外部機(jī)械加工臂固定相連，盒體側(cè)面均布有四個(gè)徑向凹槽，四個(gè)徑向凹槽呈十字形分布，四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)分別放置在四個(gè)徑向凹槽內(nèi)，并且分別通過(guò)各自的角度傳感器與盒體固定連接，位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸平行，位置相鄰的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的角度傳感器測(cè)量軸垂直，位置相對(duì)的兩個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的球形觸頭的球心連線與另外兩個(gè)位置相對(duì)的偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的球形觸頭的球心連線垂直，且兩條球心連線與外部機(jī)械加工臂中心軸線均相交，每個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)的觸桿在其與角度傳感器連接的一端端部還通過(guò)復(fù)位拉簧與盒體連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，其特征在于 還包括有觸桿限位板，所述觸桿限位板為中心對(duì)稱的板狀結(jié)構(gòu)，固定在盒體背對(duì)連接底座的一側(cè)，且觸桿限位板中心軸線與外部機(jī)械加工臂中心軸線共線，觸桿限位板用于確定觸桿的初始外偏角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，其特征在于 還包括有近距觸碰報(bào)警器，近距觸碰報(bào)警器固定在觸桿限位板上，用于測(cè)量裝置與自由曲面的距離，并在測(cè)量裝置與自由曲面的距離小于設(shè)定值時(shí)發(fā)出警報(bào)，防止裝置與自由曲面的距離過(guò)近。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種測(cè)量自由曲面任意點(diǎn)處法向矢量的裝置，裝置包括主體固定組件和四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)，四個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)成“十”型安裝在主體固定組件上，每個(gè)偏角測(cè)量機(jī)構(gòu)包括角度傳感器，觸桿和球形觸頭，相對(duì)的角度傳感器測(cè)量軸平行，相鄰的角度傳感器測(cè)量軸垂直，相對(duì)的兩個(gè)球形觸頭的球心連線與另外兩個(gè)相對(duì)的球形觸頭的球心連線垂直，且兩條球心連線與外部機(jī)械加工臂中心軸線均相交。測(cè)量時(shí)，通過(guò)四個(gè)球形觸頭分別兩次在自由曲面上劃出曲線，形成正交平面，對(duì)外部機(jī)械加工臂中心軸線進(jìn)行角度修正，進(jìn)而得到待測(cè)點(diǎn)的法向矢量。本方法測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，省去了曲面擬合的復(fù)雜過(guò)程，在測(cè)量大曲率曲面時(shí)精度滿足實(shí)際要求，便于應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23B49/00GK202239806SQ20112035877
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者余劍峰, 張 杰, 徐志佳, 李原, 董亮, 辛博 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)