一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法
【專利摘要】一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法,步驟如下：一：測量方案規(guī)劃，分析毛坯件外形特征，給出掃描方案，確定關節(jié)臂測量儀和被測毛坯件的相對位置；二：進行數(shù)據(jù)采集前的初始化操作；三：根據(jù)步驟一中的測量方案，獲取毛坯件實際外形點云；利用關節(jié)臂通過點云數(shù)據(jù)采集軟件對燃燒室機匣毛坯件外表面進行掃描，得到毛坯件實際外形點云；四：模型比對，給出磨削余量評價結果；五：機器人加工路徑規(guī)劃；依據(jù)步驟四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制磨削機器人每次走刀的磨削進給量，規(guī)劃其加工路徑，指導實際磨削過程。本發(fā)明提高了磨削效率，測量誤差小，測量方式靈活，具有掃描精度高、體積小、重量輕、使用方式靈活的特點。
【專利說明】一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，它是一種聯(lián)合 運用關節(jié)臂測量儀和磨削機器人對航空結構件的磨削方法，可以用于航空發(fā)動機燃燒室機 匣類零件的磨削，屬于數(shù)字化測量和計算機集成制造領域。
【背景技術】
[0002] 航空發(fā)動機燃燒室機匣類零件是一種大尺寸、外形復雜的薄壁類零件。利用磨削 機器人對該類零件進行高精度磨削加工的關鍵問題在于對磨削量的控制。在對機匣類零件 實際修型磨削過程中，需要依據(jù)工件CAD模型和毛坯件近似外形對機器人磨削路徑仿真。 通過機器人磨削路徑仿真結果來確定工件加工過程中的每一步理論磨削量。最后，依據(jù)理 論磨削量控制磨削機器人加工點的位置以及機器人在相應加工點的姿態(tài)。這種仿真加工方 式?jīng)]有考慮到精加工前毛坯件的實際外形，利用毛坯件近似外形仿真得到每次走刀的磨削 進給量并不合理。因為在實際磨削過程中某些已經(jīng)滿足精度要求的加工表面仍然需要磨削 機器人空程走刀，造成高精度磨削過程中大量的時間消耗，導致磨削效率降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] (1)目的：針對以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結 構件數(shù)字化磨削方法。
[0004] (2)技術方案：
[0005] 本發(fā)明所述的方法是在室內(nèi)常溫情況下進行，測量環(huán)境不得有噪音，該方法流程 框圖見圖1所示。
[0006] 本發(fā)明一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，方法步驟流程框 圖見圖1，其具體步驟如下：
[0007] 步驟一：測量方案規(guī)劃，分析待測毛坯件外形特征，給出具體掃描方案，確定關節(jié) 臂測量儀和被測毛坯件的相對位置；
[0008] 步驟二：進行數(shù)據(jù)采集前的初始化操作，主要內(nèi)容有：固定航空發(fā)動機燃燒室機 匣毛坯件、布置關節(jié)臂測量儀位置，使毛坯件位于關節(jié)臂測量儀測量范圍內(nèi)；測量過程中關 節(jié)臂測量儀位置固定不變；
[0009] 步驟三：根據(jù)步驟一中的測量方案，獲取毛坯件實際外形點云；利用關節(jié)臂通過 點云數(shù)據(jù)采集軟件對燃燒室機匣毛坯件外表面進行掃描，得到毛坯件實際外形點云；
[0010] 步驟四：模型比對，給出磨削余量評價結果；將燃燒室機匣毛坯件外形點云及其 理論CAD模型導入到模型比對軟件中，通過最佳擬合方式進行比對分析，得到毛坯件與理 論模型之間的誤差，給出毛坯件各部分磨削余量；
[0011] 步驟五：機器人加工路徑規(guī)劃；依據(jù)步驟四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制 磨削機器人每次走刀的磨削進給量，規(guī)劃其加工路徑，指導實際磨削過程。
[0012] 其中，步驟一所述的"測量方案規(guī)劃，分析待測毛坯件外形特征"，其做法如下：根 據(jù)零件外形尺寸和關節(jié)臂測量儀自身量程，確定對待測毛坯件的掃描共分幾次進行；分析 待測毛坯件外形特征，確定待測毛坯件相對位置，避免掃描過程中毛坯件外形對掃描測頭 遮擋，造成數(shù)據(jù)采集不全。
[0013] 其中，步驟二所述的固定機匣毛坯件即"固定航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件"，其 具體實現(xiàn)過程如下：將航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件置于測量工作臺上，用專用夾具夾持 航空發(fā)動機燃燒室機匣，使航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件固定，避免在夾持過程中引起該 毛坯件變形。
[0014] 其中，步驟二所述的布置關節(jié)臂位置即"布置關節(jié)臂測量儀位置"，具體實現(xiàn)過程 如下：測量過程中，該關節(jié)臂測量儀要保證在一個固定位置下不動，完成對該毛坯件全部外 形特征的掃描測量。
[0015] 其中，在步驟三中所述的"點云數(shù)據(jù)采集軟件"是指Geomagic Studio商用軟件。
[0016] 其中，在步驟四中所述的"模型比對軟件"是指Geomagic Qualify商用軟件。
[0017] (3)優(yōu)點及有益效果
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：
[0019] 1.通過工件CAD模型與毛坯件實際外形點云進行模型比對，可得到待測毛坯件磨 削余量評價結果。通過該磨削余量評價結果來確定磨削機器人的磨削路徑及每次走刀的磨 削進給量，可有效避免高精度磨削過程中機器人的空程走刀，提高磨削效率。
[0020] 2.對毛坯件磨削余量評價過程無需人工參與，避免了人為操作引入的誤差，評價 結果客觀真實。
[0021] 3.基于關節(jié)臂測量儀的數(shù)字化掃描測量方法技術成熟，數(shù)據(jù)采集全面，測量誤差 小。關節(jié)臂測量儀本身測量方式靈活，具有掃描精度高、體積小、重量輕、使用方式靈活的特 點，適用于航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件實際外形的測量。本發(fā)明可以廣泛用于航空發(fā)動 機燃燒室機匣類零件的高精度磨削加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022] 圖1 :本發(fā)明所述方法的步驟流程框圖。
[0023] 圖2 (a):機匣CAD模型等軸視圖。
[0024] 圖2 (b):機匣CAD模型仰視圖。
[0025] 圖2 (c):機匣CAD模型右視圖。
[0026] 圖2 (d):機匣CAD模型俯視圖。
【具體實施方式】
[0027] 本發(fā)明所述的方法是在室內(nèi)常溫情況下進行，測量環(huán)境不得有噪音，該方法流程 框圖見圖1所示。
[0028] 本發(fā)明一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，其流程框圖見圖1 所示，其具體步驟如下：
[0029] 步驟一：測量方案規(guī)劃，主要內(nèi)容有：分析待測毛坯件外形特征，給出具體掃描方 案，確定關節(jié)臂測量儀和被測毛坯件的相對位置。
[0030] 選取一件直徑0. 8m，寬0. 45m的某型航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件作為磨削對 象，機匣CAD模型如圖2(a)-(d)所示。關節(jié)臂的掃描范圍為半徑2. 5m的球形測量空間，關 節(jié)臂測量儀一次可完成對機匣毛坯件的掃描。
[0031] 步驟二：進行數(shù)據(jù)采集前的初始化操作，主要內(nèi)容有：固定航空發(fā)動機燃燒室機 匣毛坯件、布置關節(jié)臂測量儀位置，使毛坯件位于關節(jié)臂測量儀測量范圍內(nèi)；測量過程中關 節(jié)臂測量儀位置固定不變。
[0032] 步驟三：根據(jù)步驟一中的掃描方案，獲取毛坯件實際外形點云。利用關節(jié)臂通過點 云數(shù)據(jù)采集軟件對燃燒室機匣毛坯件外表面進行掃描，得到毛坯件實際外形點云。
[0033] 步驟四：模型比對，給出磨削余量評價結果。將燃燒室機匣毛坯件外形點云及其理 論CAD模型導入到模型比對軟件中，通過最佳擬合方式進行比對分析，得到毛坯件與理論 模型之間的誤差，給出毛坯件各部分磨削余量。
[0034] 步驟五：機器人加工路徑規(guī)劃。依據(jù)步驟四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制磨 削機器人每次走刀的磨削進給量，規(guī)劃其加工路徑，指導實際磨削過程。
[0035] 其中，步驟一所述的"測量方案規(guī)劃，分析待測毛坯件外形特征"，其做法如下：根 據(jù)零件外形尺寸和關節(jié)臂測量儀自身量程，確定對待測毛坯件的掃描共分幾次進行；分析 待測毛坯件外形特征，確定待測毛坯件相對位置，避免掃描過程中毛坯件外形對掃描測頭 遮擋，造成數(shù)據(jù)采集不全。
[0036] 其中，步驟二所述的固定機匣毛坯件即"固定航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件"，具 體實現(xiàn)過程如下：將航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件置于測量工作臺上，用專用夾具夾持航 空發(fā)動機燃燒室機匣，使航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件固定，避免在夾持過程中引起該毛 坯件變形。
[0037] 其中，步驟二所述的布置關節(jié)臂位置即"布置關節(jié)臂測量儀位置"，具體實現(xiàn)過程 如下：測量過程中，該關節(jié)臂測量儀要保證在一個固定位置下不動，完成對該毛坯件全部外 形特征的掃描測量。
[0038] 其中，在步驟三中所述的"點云數(shù)據(jù)采集軟件"是指Geomagic Studio商用軟件。
[0039] 其中，在步驟四中所述的"模型比對軟件"是指Geomagic Qualify商用軟件。
【權利要求】
1. 一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，它是在室內(nèi)常溫情況下進 行，測量環(huán)境不得有噪音，其特征在于：其具體步驟如下： 步驟一：測量方案規(guī)劃，分析待測毛坯件外形特征，給出具體掃描方案，確定關節(jié)臂測 量儀和被測毛坯件的相對位置； 步驟二：進行數(shù)據(jù)采集前的初始化操作，內(nèi)容有：固定航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件、 布置關節(jié)臂測量儀位置，使毛坯件位于關節(jié)臂測量儀測量范圍內(nèi)；測量過程中關節(jié)臂測量 儀位置固定不變； 步驟三：根據(jù)步驟一中的測量方案，獲取毛坯件實際外形點云；利用關節(jié)臂通過點云 數(shù)據(jù)采集軟件對燃燒室機匣毛坯件外表面進行掃描，得到毛坯件實際外形點云； 步驟四：模型比對，給出磨削余量評價結果；將燃燒室機匣毛坯件外形點云及其理論 CAD模型導入到模型比對軟件中，通過最佳擬合方式進行比對分析，得到毛坯件與理論模型 之間的誤差，給出毛坯件各部分磨削余量； 步驟五：機器人加工路徑規(guī)劃；依據(jù)步驟四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制磨削 機器人每次走刀的磨削進給量，規(guī)劃其加工路徑，指導實際磨削過程。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，其特 征在于：在步驟一所述的"測量方案規(guī)劃，分析待測毛坯件外形特征"，其做法如下：根據(jù)零 件外形尺寸和關節(jié)臂測量儀自身量程，確定對待測毛坯件的掃描共分幾次進行；分析待測 毛坯件外形特征，確定待測毛坯件相對位置，避免掃描過程中毛坯件外形對掃描測頭遮擋， 造成數(shù)據(jù)采集不全。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，其 特征在于：在步驟二所述的"固定航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件"，其具體實現(xiàn)過程如下： 將航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件置于測量工作臺上，用專用夾具夾持航空發(fā)動機燃燒室機 匣，使航空發(fā)動機燃燒室機匣毛坯件固定，避免在夾持過程中引起該毛坯件變形。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，其 特征在于：在步驟二所述的布置關節(jié)臂位置即"布置關節(jié)臂測量儀位置"，具體實現(xiàn)過程如 下：測量過程中，該關節(jié)臂測量儀要保證在一個固定位置下不動，完成對該毛坯件全部外形 特征的掃描測量。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，其特 征在于：在步驟三中所述的"點云數(shù)據(jù)采集軟件"是指Geomagic Studio商用軟件。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于關節(jié)臂測量儀的航空結構件數(shù)字化磨削方法，其特 征在于：在步驟四中所述的"模型比對軟件"是指Geomagic Qualify商用軟件。
【文檔編號】G01B21/00GK104154889SQ201410369640
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權日:2014年7月30日
【發(fā)明者】景喜雙, 張鵬飛, 王志佳, 肖文磊, 趙罡 申請人:北京航空航天大學