本發(fā)明涉及一種蜂窩芯類零件孔特征的孔心位置測量方法。

背景技術：

蜂窩芯材料，指類似蜜蜂巢穴在結構上呈空心六方晶格，有規(guī)則的排列的填充材料。此種材料具有重量輕、穩(wěn)定性好、強度高^[1]等特點，作為填充材料廣泛的應用在航空航天、現(xiàn)代造船等工業(yè)領域。

對蜂窩芯特征檢測，李慧娟[2]等采用三種光學測量方法對蜂窩結構中模擬脫粘缺陷進行檢測，但作者并未涉及到孔特征測量；萬谷[3]針對航空發(fā)動機機匣中蜂窩芯材料提出了采用基于伸縮式圓柱形測針的接觸式電感傳感器作為表面幾何公差的測量手段，但此種方法僅針對環(huán)形蜂窩芯有較好效果；李智[4]針對蜂窩陶瓷提出一種線陣CCD攝像機對蜂窩陶瓷掃描以獲取圖像的方式分析測量，但該論文只考慮了邊緣檢測。目前利用三坐標測量機測量孔位等參數(shù)，在工業(yè)中應用較為廣泛。通常測量方法為采用手動操作或程序控制選取幾個孔壁上點，通過軟件擬合得到孔的相關參數(shù)。但此種方法只適用于常規(guī)材料的孔特征測量，對蜂窩芯類零件孔特征測量無能為力。因為蜂窩芯類零件孔特征截面如圖1所示，并無完整孔壁，通常測量方法無法獲取孔壁點。

[1]Cheong T W,Zheng L W.Vibroacoustic performance of composite honeycomb structures[J].Noise control engineering journal,2006,54(4):251-262；

[2]李慧娟，霍雁，蔡良續(xù)，等.不同光學方法對蜂窩結構中脫粘缺陷檢測[J].激光與光電子學進展,2010,47(11)：89-94；

[3]萬谷.航空發(fā)動機蜂窩表面跳動和同軸度測量技術研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2015；

[4]李智.三元催化器蜂窩陶瓷載體質量的視覺檢測系統(tǒng)研究[D].江西理工大學，2015。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有的測量難點，提出一種測量精度高，操作簡單的基于三坐標測量的蜂窩芯類零件孔特征測量方法。技術方案如下：

一種蜂窩芯類零件孔特征的測量方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1：計算孔特征理想孔壁與蜂窩芯的交點最小角度范圍α；

步驟2：以O₀為初估孔心，孔端面作為基準面，在基準面上孔的五等分線處各設一個圓心角為α的扇面作為采樣區(qū)，在五個采樣區(qū)內分別均勻采樣測量a個點，測量矢量為孔心O₀在圓心角α內等分射線矢量；

步驟3：分別搜索五個采樣區(qū)內距離孔心O₀最近的點，并以此五個點擬合得到近似孔心O_a；

步驟4：以O_a為初始孔心，孔端面作為基準面，在上述五個最近點處各設一個圓心角為的扇面作為新的采樣區(qū)，在五個新的采樣區(qū)分別均勻密集采樣測量m個點，測量矢量為孔心O_a在圓心角內等分射線矢量；

步驟5：分別搜索五個新的采樣區(qū)內距離孔心O_a最近的點，并以此五個點作為近似孔壁點，擬合得到精確孔心O_m。

進一步的，所述角度α范圍內僅存在一個理想孔壁與蜂窩芯的交點，即α圓心角對應孔的弦長等于單個蜂窩孔的最大尺寸，則

其中，R為理論孔半徑，l為蜂窩孔最長對角線。

更進一步的，樣測量a的取值方法為：當R＜10l時，3<a<5；當R＞10l時，1<a<3。

更進一步的，根據權利要求1所述的蜂窩芯類零件孔特征的測量方法，其特征在于，還包括計算測量的軸向誤差δ：用球半徑為r的測針球，在精確孔心O_m的圓心角α范圍內均勻采樣測量n個點，則：

δ＝r-r₁-r₂

其中，r₁為測針球過球心的截面圓與孔在基準面上圓的兩交點間的弦到截面圓孔心的弦心距，r₂為該弦到截面圓的拱高。

本發(fā)明的有益效果是：利用三坐標測量機尋找孔壁最近點，在最近點基礎繼續(xù)逼近蜂窩芯類零件孔壁，通過近似孔壁點擬合獲得孔心參數(shù)；并根據三坐標測量機測針參數(shù)、蜂窩芯參數(shù)以及孔特征理論數(shù)據對測量方法的極限誤差進行了分析，大大的提高了測量精度，具有操作簡單、實用性好的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為孔特征截面示意圖。

圖2為α角度內理想孔壁與蜂窩芯的交點示意圖。

圖3為α角度極限位置。

圖4為五個測量區(qū)域示意圖。

圖5為軸向δ誤差示意圖。

圖6測針球半徑分解示意圖。

具體實施方式

下面根據附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。本方法是利用三坐標測量機密集逼近孔壁并獲得大量的測量點坐標，再通過測量點擬合獲得孔心參數(shù)。這種方法的關鍵是確定包含孔壁的最小圓心角范圍，在此范圍內密集測量，選取距離孔心位置最近的測量點作為近似孔壁點。

具體步驟如下：

步驟1：計算孔特征理想孔壁與蜂窩芯的交點最小角度范圍α。

為保證在α角度范圍內存在至少一個理想孔壁與蜂窩芯的交點，如圖2所示，則需圓心角α對應孔的弦長不小于單個蜂窩孔的最大尺寸l(最長對角線尺寸)。為了減少測量范圍，α取值與蜂窩孔的最大尺寸相等，即在α角度范圍內僅存在一個理想孔壁與蜂窩芯的交點，也即α圓心角對應孔的弦長等于單個蜂窩孔的最大尺寸。極限情況如圖3所示?？汕蟮忙粒?/p>

其中，R為理論孔半徑，l為蜂窩孔最長對角線。

步驟2：以初估孔心位置O₀作為三坐標測量機測針的初始位置，孔端面作為基準面，在基準面上圓的五等分線處各設一個圓心角為α的扇面作為采樣區(qū)，如圖4所示，在五個采樣區(qū)內分別均勻采樣測量a個點，測量矢量為孔心O₀在圓心角α內等分射線矢量。

五區(qū)域測量意義及a值確定：

由于測量孔會發(fā)生傾斜，截面為橢圓特征。平面內至少需要五個點才能確定橢圓方程，進而計算孔心位置。測量過程中測量誤差均為徑向向外，在五等分位置測量可有效降低擬合近似孔心的位置誤差。

a值確定應綜合考慮兩個方面，當R＜10l時，建議a取值3～5之間；當R＞10l時，建議a取值1～3之間。

步驟3：分別搜索五個采樣區(qū)內距離孔心O₀最近的點(a_short1,a_short2,a_short3,a_short4,a_short5)，并以此五個點擬合得到初始心O_a。

通過五個點擬合孔心：設平面內一般橢圓方程為：Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+1＝0，將五個點帶入即可得到橢圓方程，則孔心坐標為：O＝[(BE-2CD)/(4AD–B²)，(BD–2AE)/(4AD–B²)]。

擬合近似孔心O_a的目的包括兩個方面，一是降低初估孔心位置的偏差對擬合孔心位置的影響，二是減少測量角度范圍，降低工作量。

步驟4：以O_a位置作為三坐標測量機測針的初始位置，孔端面作為基準面，在五個最近點(a_short1,a_short2,a_short3,a_short4,a_short5)處各設一個圓心角為的扇面作為新的采樣區(qū)，在五個新的采樣區(qū)分別均勻采樣測量m個點，測量矢量為孔心O_a在圓心角內等分射線矢量。

步驟5：分別搜索五個新的采樣區(qū)內距離孔心O_a最近的點(m_short1,m_short2,m_short3,m_short4,m_short5)，并以此五個點作為近似孔壁點，擬合得到精確的孔心坐標O_m。

本測量方法的誤差來源為測量點與實際孔壁的距離誤差。誤差又分為孔的軸向和徑向兩個方向。在徑向方向孔傾斜造成的誤差，由于傾斜角度較小，測針球半徑也遠小于孔徑，產生誤差可忽略不計；而在軸向方向均勻采樣過程點數(shù)m增大時，測量點會接近孔壁上的點，但仍有誤差，誤差示意圖如圖5所示，δ即為軸向誤差。

設δ為測量誤差，測針球半徑為r，在角度α內均勻采樣點為n個。將測針球半徑分解后如圖6所示，誤差δ可由球半徑r與弦心距r₁、拱高r₂間幾何關系求得，其中，r₁為測針球過球心的截面圓與基準面上圓的兩交點間的弦到截面圓孔心的弦心距，r₂為該弦到截面圓的拱高。

δ＝r-r₁-r₂