[01219283]自由曲面高精度测量方法及其在大型复杂零件在线检测中的应用

1.本项目属于机电一体化、机械制造及其自动化技术领域。主要用于与制造业密切相关的机械、汽车、模具、造船等工业领域中的大量程自由曲面的高精度测量、大型复杂机械零部件尺寸与几何精度的在线高精度检测等。 2.项目主要科技内容 本发明创新性地提出一种实现大量程自由曲面的高精度测量方法。 (1)根据自由曲面的特征将自由曲面划分成一定间距的截面，针对各个截面曲线特征设计路径规划，自动测量各截面曲线实现自由曲面测量。将被测曲面置于可作X向和Y向精密移动的平台上，集成激光位移传感器和光栅位移传感器或线性编码器，将激光位移传感器安装在一个能作Z方向随动的伺服机构上。 (2)按自由曲面特征设计的路径规划，驱动X-Y平台沿Y向移动一个间距，得到一个截面曲线，然后驱动X-Y平台沿X向移动一个间距，通过控制伺服电动机的运动，保持激光位移传感器始终在其测量范围的中心，激光测头自动跟踪被测点的位置，自由曲面的Z坐标由激光位移传感器和光栅位移传感器或线性编码器的输出而得到，纵横向坐标则由路径规划的X向和Y向精密移动的平台给出。 (3)X和Y方向的测量范围及精度主要取决于X-Y精密平台或数控机床传动机构及控制系统；Z方向测量范围和精度由Z方向随动的伺服机构、激光位移传感器、光栅位移传感器或线性编码器得到保证，分辨率达0.001mm。 3.主要创新及特点 利用激光位移传感器、光栅位移传感器、线性编码器及数控伺服技术，实现对自由曲面的快速高精度测量。控制激光位移传感器与被测曲面之间的距离保持恒定以实现跟踪，发挥了激光位移传感器在中心小测量范围内非线性误差小的特点，随动机构可实现大范围测量，这样解决了自由曲面测量范围和高精度难以兼顾的技术难题，可满足高效率、大量程和高精度的测量要求。 4.应用情况及经济效益 2008年5月14日，“实现大量程自由曲面的高精度测量方法(ZL2006 1 0040175.0)”获得国家发明专利授权，2009年4月29日，该技术使用权转让给南通国盛机电集团有限公司。主要应用有两方面：一是利用该技术原理，在五面体加工中心上，实现对注塑机本体、风电齿轮箱体等大型零部件的定位孔、销孔与基准平面的尺寸、垂直度、位置度等的在线检测和测量，这样减少工件检测的二次定位误差，提高检测精度，节省工件在检测时所需的搬运成本和工时。二是研制了基于数控机床的自由曲面在线测量装置，与数控机床进行配套，增加了数控机床的使用功能和附加值，为数控加工中心的拥有者带来更大方便和较好的经济效益。从2009年6月起，该发明专利整体技术及与数控加工中心配套的测试系统分别在南通国盛机电集团有限公司、江苏华宇印涂设备集团有限公司、常熟市建华模具有限责任公司等单位得到推广应用。使用该技术，南通国盛机电集团有限公司取得了良好的经济和社会效益，2009年6月至2011年6月累计实现新增销售收入54287万元，净利润5406万元，上缴税收1758万元。