一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)件數(shù)字化磨削方法
【專利摘要】一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)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(jié)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(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)件數(shù)字化磨削方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)件數(shù)字化磨削方法，它是一種聯(lián)合 運用關(guān)節(jié)臂測量儀和磨削機器人對航空結(jié)構(gòu)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(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動機燃燒室機匣類零件是一種大尺寸、外形復(fù)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(guān)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(jié)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(yīng)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(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié) 構(gòu)件數(shù)字化磨削方法。
[0004] (2)技術(shù)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(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)節(jié)臂測量儀位置，使毛坯件位于關(guān)節(jié)臂測量儀測量范圍內(nèi)；測量過程中關(guān) 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(guān)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(jié)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(guān)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(guān)節(jié)臂位置即"布置關(guān)節(jié)臂測量儀位置"，具體實現(xiàn)過程 如下：測量過程中，該關(guān)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(jié)果。通過該磨削余量評價結(jié)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(jié)果客觀真實。
[0021] 3.基于關(guān)節(jié)臂測量儀的數(shù)字化掃描測量方法技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)采集全面，測量誤差 小。關(guān)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(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)節(jié)臂的掃描范圍為半徑2. 5m的球形測量空間，關(guān) 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(guān)節(jié)臂測量儀位置，使毛坯件位于關(guān)節(jié)臂測量儀測量范圍內(nèi)；測量過程中關(guān) 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(guān)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(jié)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(guān)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(guān)節(jié)臂位置即"布置關(guān)節(jié)臂測量儀位置"，具體實現(xiàn)過程 如下：測量過程中，該關(guān)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(quán)利要求】
1. 一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)節(jié)臂測量儀位置，使毛坯件位于關(guān)節(jié)臂測量儀測量范圍內(nèi)；測量過程中關(guān)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(guān)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(jié)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(quán)利要求1所述的一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(guān)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(quán)利要求1所述的一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)件數(shù)字化磨削方法，其 特征在于：在步驟二所述的布置關(guān)節(jié)臂位置即"布置關(guān)節(jié)臂測量儀位置"，具體實現(xiàn)過程如 下：測量過程中，該關(guān)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(quán)利要求1所述的一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(quán)利要求1所述的一種基于關(guān)節(jié)臂測量儀的航空結(jié)構(gòu)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(quán)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