[发明专利]蜂窝芯表面轮廓测量方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝芯表面轮廓测量方法，包括如下步骤：进行规定路径扫描蜂窝芯；利用扫描后的轮廓数据，分别计算出线激光测头绕Z轴的安装误差角α_Z、绕Y轴的安装误差角α_y和绕X轴的安装误差角α_x；由数控机床带动传感器按照一定路径扫描待测蜂窝芯表面；根据线激光测头的安装误差角和测头的运行坐标，将测量的在线激光坐标系下的测量数据经坐标变换统一到全局坐标系；将各个路径下测量的蜂窝芯数据进行拼接，获得整个待测蜂窝芯的表面数据。该方法有效解决了线激光安装误差角难以确定的问题，方法操作方便、精度高、适用性强、成本低，能够满足实际加工后的蜂窝芯表面的测量要求。

技术领域

本发明涉及线激光测量技术领域，尤其涉及一种蜂窝芯表面轮廓测量方法。

背景技术

蜂窝芯是一种低密度蜂窝状材料，因其较高的比强度、比刚度等优质特性而广泛应用于航空航天、高速列车等领域。但由于其薄壁、弱刚度的特性，其加工面形精度的高精度测量缺乏有效的手段。

申请号为201610585321.1、201610585419.7的发明专利公开了一种用于蜂窝芯面形测量方法，在待测工件表面覆上一层薄膜，以一定的真空度将薄膜吸附压在蜂窝芯表面，通过激光位移传感器测量薄膜表面，再进一步提取出蜂窝芯面形。申请号为201711002057.5，名称为“蜂窝芯面形测量数据毛刺去除方法”、申请号为201711002057.5，名称为“蜂窝芯面形测量数据毛刺去除方法”和201810379213.8，名称为“蜂窝芯面形测量数据毛刺去除方法”的发明专利中均公开了基于激光位移传感器的测量数据的处理方法。而对于实际的蜂窝芯需要测量的尺寸通常较大，如何能够利用激光位移传感器高效精确地测量出蜂窝芯的表面同样是亟待解决的问题。

线激光位移传感器在机器视觉、逆向工程、工业检测、生物医学等领域被广泛应用，其基于激光三角法并能单次测量一条线的轮廓，具有测量精度高、效率高的优点。线激光直接测量的数据是两个维度的，其通过沿另外一个维度的扫描运动补充第三维度信息，实现三维测量。

为了实现大尺寸物体的测量，只需将传感器安装在机床上，由机床的运动带动其实现对物体的扫描。但由于安装误差的存在，传感器坐标系的方向与全局坐标系不能完全平行，线激光直接测量的数据结果与理想结果有一定误差。要想最终获得被测对象的整体面形数据，需要准确获得每次传感器测量数据的全局坐标，才能最终拼接成被测对象的整体面形。测量数据由传感器坐标系变换到全局坐标系，需要确定两个坐标系之间变换所需的平移矩阵和旋转矩阵。平移矩阵能够可以由传感器的运动位置确定，根据机床反馈的坐标很容易获得。而旋转矩阵反应的是传感器坐标系三个轴的方向相对于全局坐标系不平行的偏角误差，根据三个轴的偏角即可确定该旋转矩阵。

申请号为201810269833.6，名称为“采用二维线激光扫描仪获取三维精确数据的方法”的发明专利公开了一种用于根据线激光绕x、y和z轴与理想位置的角度偏差，对线激光测量的数据进行校准的方法。其虽然给出了由这三个误差角确定坐标变换中旋转矩阵的方法，但其并未给出这三个误差角的确定方式。而如何高效高精度地确定出这三个偏角的具体值才是制约线激光实现大尺寸扫描的关键所在。在实际应用时，尤其在一些在线测量的场合，由于现场有切削液或者切屑等会对线激光造成污染，在加工时往往需要拆下测头，在测量时再重新安装。每次线激光重新安装后，其三个误差角需要重新确定。因此，一种易于操作的、高精度的、快速的线激光安装误差角的确定非常关键，是线激光能否通过数控机床实现便携高精度测量、甚至在位测量蜂窝芯面形的关键。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而公开了一种蜂窝芯表面轮廓测量方法。

本发明基于对蜂窝芯本身的测量，确定出线激光绕三个坐标轴的旋转误差角，再通过机械调节或者坐标补偿的方式对测量结果进行校准，获得线激光在三维测量中准确的三维数据。并经过合适的扫描路径对整个蜂窝芯表面进行扫描，经过到全局坐标变换后能实现最终蜂窝芯面形高精度的数据拼接