[发明专利]一种大型壁板类零件数字化质量检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型壁板类零件数字化质量检测方法，它是一种联合运用多种数字化设备对大型壁板类零件的检测方法，可以用于航空航天、汽车工业的大型壁板类零件质量检测，属于数字化测量和计算机集成制造领域。 

背景技术

大型壁板类零件具有尺寸大、外形复杂和结构刚性差等特点。壁板类零件成形质量检测手段已经由传统几何模拟量检测方式向数字化检测方式转变。目前，其主要质量检测方法有激光跟踪仪检测和关节臂检测。 

1.激光跟踪仪检测方法 

激光跟踪仪检测方法属于接触式检测方法。以激光跟踪仪为主的接触式数字化检测方法具有测量空间大、精度高、便携性好等优点。通过人为手持靶球与壁板接触，而记录表面点的坐标位置。其关键特征为：测量前要在被测件上选取对齐基准或基准坐标系，通过基准实现采集到的点与壁板三维模型对齐，最终得到检测结果。 

该类现有技术的缺陷有： 

1）数据采集受限于靶球半径和壁板曲面外形，容易出现采集不到数据或数据不准确的情况。 

2）激光跟踪仪采集到的数据量过小，细节特征反映不够全面。 

3）激光跟踪仪由于遮挡引起的测量盲区不可避免，检测过程受限于定位基准，最终检测结果受限于基准的制造误差。 

4）激光跟踪仪检测方法属于接触式检测方法，靶球与零件接触过程中容易引入人为误差。 

2.关节臂检测方法 

关节臂检测方法属于非接触式检测方法。其关键特征为：借助逆向工程软件Geomagic  Studio，将关节臂激光扫描测头发出来的激光对准待测零件，这时计算机系统会自动将采集到的数据点读入到软件中。采集到的每一笔扫描数据都会转换在关节臂坐标系下，形成扫描零件的三维形态资料，最终得到零件的完整点云。将扫描得到的点云与零件的三维模型进行比对，得到零件最终成形质量。 

关节臂检测方法解决的问题主要有： 

1）一次即可获得大量的采样结果且不受壁板外形限制； 

2）采用非接触式扫描方式可以摆脱接触式测量过程中人为因素引入的干扰误差。 

该类方法针对1中所述的缺陷，通过对零件外形扫描，便于对零件成形质量进行全面把握。但仍存在如下问题： 

1）关节臂缺点是测量范围小，对于大型壁板类零件，单独采用关节臂难以完成质量检测任务。 

2）通过关节臂扫描得到的点云与壁板零件的三维数据模型比对过程中缺乏对齐特征，对齐误差较大。 

发明内容

（1）目的：本发明的目的在于针对单独使用激光跟踪仪检测飞机大型壁板类零件成形质量过程中存在数据采集不全，检测效率低等问题，提供一种大型壁板类零件数字化质量检测方法，通过激光跟踪仪和关节臂联合测量方式，改善现有技术的上述缺陷。改进有如下几点： 

1.将激光跟踪仪测量场中加入关节臂测量系统，在保证测量精度的前提下，数据采集充分，可对大型壁板类零件成形细节信息进行全面把握。 

2.通过关节臂对壁板进行数据采集，有效避免单独使用激光跟踪仪由于遮挡引起的测量盲区问题。 

3.在被测壁板类零件布置拼接点，利用这些占位点进行拼接得到壁板完整点云数据，拼接误差小。 

4.壁板类零件布置壁板定位点，使整张壁板点云与其三维模型对齐，提高对齐精度。 

5.壁板外形采用关节臂扫描的方式进行，有效避免单独使用激光跟踪仪测量过程中引入的人为误差。 

（2）技术方案： 

本发明为一种大型壁板类零件数字化质量检测方法（方法步骤流程见图1，测量过程见图 2），其具体步骤如下： 

步骤一：进行测量前的初始化操作，内容有：固定待测壁板类零件、对待测壁板类零件进行扫描区域划分、布置激光跟踪仪位置和关节臂位置；测量过程中激光跟踪仪位置固定不变，壁板类零件扫描区域划分时要注意不同区域之间要有公共重叠区域，这一重叠区域将用于布置拼接点； 

步骤二：布置壁板定位点以及点云拼接点，用激光跟踪仪记录这些点的位置；这一步骤包括两方面内容： 

1）布置并记录壁板定位点 

定位点主要用于拼接得到的壁板整体点云与壁板三维模型对齐，通常布置在壁板类零件的四周，将靶球放至定位点，用激光跟踪仪记录这一定位点的位置，直至采集完所有定位点坐标； 

2）布置并记录点云拼接点 

在步骤一中划分的公共重叠区内布置拼接点，同样将靶球放至拼接点，用激光跟踪仪记录整张壁板的所有拼接点坐标；