一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法
【专利摘要】一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法,步骤如下：一：测量方案规划，分析毛坯件外形特征，给出扫描方案，确定关节臂测量仪和被测毛坯件的相对位置；二：进行数据采集前的初始化操作；三：根据步骤一中的测量方案，获取毛坯件实际外形点云；利用关节臂通过点云数据采集软件对燃烧室机匣毛坯件外表面进行扫描，得到毛坯件实际外形点云；四：模型比对，给出磨削余量评价结果；五：机器人加工路径规划；依据步骤四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制磨削机器人每次走刀的磨削进给量，规划其加工路径，指导实际磨削过程。本发明提高了磨削效率，测量误差小，测量方式灵活，具有扫描精度高、体积小、重量轻、使用方式灵活的特点。
【专利说明】一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，它是一种联合 运用关节臂测量仪和磨削机器人对航空结构件的磨削方法，可以用于航空发动机燃烧室机 匣类零件的磨削，属于数字化测量和计算机集成制造领域。
【背景技术】
[0002] 航空发动机燃烧室机匣类零件是一种大尺寸、外形复杂的薄壁类零件。利用磨削 机器人对该类零件进行高精度磨削加工的关键问题在于对磨削量的控制。在对机匣类零件 实际修型磨削过程中，需要依据工件CAD模型和毛坯件近似外形对机器人磨削路径仿真。 通过机器人磨削路径仿真结果来确定工件加工过程中的每一步理论磨削量。最后，依据理 论磨削量控制磨削机器人加工点的位置以及机器人在相应加工点的姿态。这种仿真加工方 式没有考虑到精加工前毛坯件的实际外形，利用毛坯件近似外形仿真得到每次走刀的磨削 进给量并不合理。因为在实际磨削过程中某些已经满足精度要求的加工表面仍然需要磨削 机器人空程走刀，造成高精度磨削过程中大量的时间消耗，导致磨削效率降低。
【发明内容】
[0003] (1)目的：针对以上问题，本发明的目的是提供一种基于关节臂测量仪的航空结 构件数字化磨削方法。
[0004] (2)技术方案：
[0005] 本发明所述的方法是在室内常温情况下进行，测量环境不得有噪音，该方法流程 框图见图1所示。
[0006] 本发明一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，方法步骤流程框 图见图1，其具体步骤如下：
[0007] 步骤一：测量方案规划，分析待测毛坯件外形特征，给出具体扫描方案，确定关节 臂测量仪和被测毛坯件的相对位置；
[0008] 步骤二：进行数据采集前的初始化操作，主要内容有：固定航空发动机燃烧室机 匣毛坯件、布置关节臂测量仪位置，使毛坯件位于关节臂测量仪测量范围内；测量过程中关 节臂测量仪位置固定不变；
[0009] 步骤三：根据步骤一中的测量方案，获取毛坯件实际外形点云；利用关节臂通过 点云数据采集软件对燃烧室机匣毛坯件外表面进行扫描，得到毛坯件实际外形点云；
[0010] 步骤四：模型比对，给出磨削余量评价结果；将燃烧室机匣毛坯件外形点云及其 理论CAD模型导入到模型比对软件中，通过最佳拟合方式进行比对分析，得到毛坯件与理 论模型之间的误差，给出毛坯件各部分磨削余量；
[0011] 步骤五：机器人加工路径规划；依据步骤四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制 磨削机器人每次走刀的磨削进给量，规划其加工路径，指导实际磨削过程。
[0012] 其中，步骤一所述的"测量方案规划，分析待测毛坯件外形特征"，其做法如下：根 据零件外形尺寸和关节臂测量仪自身量程，确定对待测毛坯件的扫描共分几次进行；分析 待测毛坯件外形特征，确定待测毛坯件相对位置，避免扫描过程中毛坯件外形对扫描测头 遮挡，造成数据采集不全。
[0013] 其中，步骤二所述的固定机匣毛坯件即"固定航空发动机燃烧室机匣毛坯件"，其 具体实现过程如下：将航空发动机燃烧室机匣毛坯件置于测量工作台上，用专用夹具夹持 航空发动机燃烧室机匣，使航空发动机燃烧室机匣毛坯件固定，避免在夹持过程中引起该 毛坯件变形。
[0014] 其中，步骤二所述的布置关节臂位置即"布置关节臂测量仪位置"，具体实现过程 如下：测量过程中，该关节臂测量仪要保证在一个固定位置下不动，完成对该毛坯件全部外 形特征的扫描测量。
[0015] 其中，在步骤三中所述的"点云数据采集软件"是指Geomagic Studio商用软件。
[0016] 其中，在步骤四中所述的"模型比对软件"是指Geomagic Qualify商用软件。
[0017] (3)优点及有益效果
[0018] 本发明的优点及有益效果是：
[0019] 1.通过工件CAD模型与毛坯件实际外形点云进行模型比对，可得到待测毛坯件磨 削余量评价结果。通过该磨削余量评价结果来确定磨削机器人的磨削路径及每次走刀的磨 削进给量，可有效避免高精度磨削过程中机器人的空程走刀，提高磨削效率。
[0020] 2.对毛坯件磨削余量评价过程无需人工参与，避免了人为操作引入的误差，评价 结果客观真实。
[0021] 3.基于关节臂测量仪的数字化扫描测量方法技术成熟，数据采集全面，测量误差 小。关节臂测量仪本身测量方式灵活，具有扫描精度高、体积小、重量轻、使用方式灵活的特 点，适用于航空发动机燃烧室机匣毛坯件实际外形的测量。本发明可以广泛用于航空发动 机燃烧室机匣类零件的高精度磨削加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1 :本发明所述方法的步骤流程框图。
[0023] 图2 (a):机匣CAD模型等轴视图。
[0024] 图2 (b):机匣CAD模型仰视图。
[0025] 图2 (c):机匣CAD模型右视图。
[0026] 图2 (d):机匣CAD模型俯视图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明所述的方法是在室内常温情况下进行，测量环境不得有噪音，该方法流程 框图见图1所示。
[0028] 本发明一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，其流程框图见图1 所示，其具体步骤如下：
[0029] 步骤一：测量方案规划，主要内容有：分析待测毛坯件外形特征，给出具体扫描方 案，确定关节臂测量仪和被测毛坯件的相对位置。
[0030] 选取一件直径0. 8m，宽0. 45m的某型航空发动机燃烧室机匣毛坯件作为磨削对 象，机匣CAD模型如图2(a)-(d)所示。关节臂的扫描范围为半径2. 5m的球形测量空间，关 节臂测量仪一次可完成对机匣毛坯件的扫描。
[0031] 步骤二：进行数据采集前的初始化操作，主要内容有：固定航空发动机燃烧室机 匣毛坯件、布置关节臂测量仪位置，使毛坯件位于关节臂测量仪测量范围内；测量过程中关 节臂测量仪位置固定不变。
[0032] 步骤三：根据步骤一中的扫描方案，获取毛坯件实际外形点云。利用关节臂通过点 云数据采集软件对燃烧室机匣毛坯件外表面进行扫描，得到毛坯件实际外形点云。
[0033] 步骤四：模型比对，给出磨削余量评价结果。将燃烧室机匣毛坯件外形点云及其理 论CAD模型导入到模型比对软件中，通过最佳拟合方式进行比对分析，得到毛坯件与理论 模型之间的误差，给出毛坯件各部分磨削余量。
[0034] 步骤五：机器人加工路径规划。依据步骤四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制磨 削机器人每次走刀的磨削进给量，规划其加工路径，指导实际磨削过程。
[0035] 其中，步骤一所述的"测量方案规划，分析待测毛坯件外形特征"，其做法如下：根 据零件外形尺寸和关节臂测量仪自身量程，确定对待测毛坯件的扫描共分几次进行；分析 待测毛坯件外形特征，确定待测毛坯件相对位置，避免扫描过程中毛坯件外形对扫描测头 遮挡，造成数据采集不全。
[0036] 其中，步骤二所述的固定机匣毛坯件即"固定航空发动机燃烧室机匣毛坯件"，具 体实现过程如下：将航空发动机燃烧室机匣毛坯件置于测量工作台上，用专用夹具夹持航 空发动机燃烧室机匣，使航空发动机燃烧室机匣毛坯件固定，避免在夹持过程中引起该毛 坯件变形。
[0037] 其中，步骤二所述的布置关节臂位置即"布置关节臂测量仪位置"，具体实现过程 如下：测量过程中，该关节臂测量仪要保证在一个固定位置下不动，完成对该毛坯件全部外 形特征的扫描测量。
[0038] 其中，在步骤三中所述的"点云数据采集软件"是指Geomagic Studio商用软件。
[0039] 其中，在步骤四中所述的"模型比对软件"是指Geomagic Qualify商用软件。
【权利要求】
1. 一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，它是在室内常温情况下进 行，测量环境不得有噪音，其特征在于：其具体步骤如下： 步骤一：测量方案规划，分析待测毛坯件外形特征，给出具体扫描方案，确定关节臂测 量仪和被测毛坯件的相对位置； 步骤二：进行数据采集前的初始化操作，内容有：固定航空发动机燃烧室机匣毛坯件、 布置关节臂测量仪位置，使毛坯件位于关节臂测量仪测量范围内；测量过程中关节臂测量 仪位置固定不变； 步骤三：根据步骤一中的测量方案，获取毛坯件实际外形点云；利用关节臂通过点云 数据采集软件对燃烧室机匣毛坯件外表面进行扫描，得到毛坯件实际外形点云； 步骤四：模型比对，给出磨削余量评价结果；将燃烧室机匣毛坯件外形点云及其理论 CAD模型导入到模型比对软件中，通过最佳拟合方式进行比对分析，得到毛坯件与理论模型 之间的误差，给出毛坯件各部分磨削余量； 步骤五：机器人加工路径规划；依据步骤四得到的毛坯件各部分磨削余量，控制磨削 机器人每次走刀的磨削进给量，规划其加工路径，指导实际磨削过程。
2. 根据权利要求1所述的一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，其特 征在于：在步骤一所述的"测量方案规划，分析待测毛坯件外形特征"，其做法如下：根据零 件外形尺寸和关节臂测量仪自身量程，确定对待测毛坯件的扫描共分几次进行；分析待测 毛坯件外形特征，确定待测毛坯件相对位置，避免扫描过程中毛坯件外形对扫描测头遮挡， 造成数据采集不全。
3. 根据权利要求1所述的一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，其 特征在于：在步骤二所述的"固定航空发动机燃烧室机匣毛坯件"，其具体实现过程如下： 将航空发动机燃烧室机匣毛坯件置于测量工作台上，用专用夹具夹持航空发动机燃烧室机 匣，使航空发动机燃烧室机匣毛坯件固定，避免在夹持过程中引起该毛坯件变形。
4. 根据权利要求1所述的一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，其 特征在于：在步骤二所述的布置关节臂位置即"布置关节臂测量仪位置"，具体实现过程如 下：测量过程中，该关节臂测量仪要保证在一个固定位置下不动，完成对该毛坯件全部外形 特征的扫描测量。
5. 根据权利要求1所述的一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，其特 征在于：在步骤三中所述的"点云数据采集软件"是指Geomagic Studio商用软件。
6. 根据权利要求1所述的一种基于关节臂测量仪的航空结构件数字化磨削方法，其特 征在于：在步骤四中所述的"模型比对软件"是指Geomagic Qualify商用软件。
【文档编号】G01B21/00GK104154889SQ201410369640
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】景喜双, 张鹏飞, 王志佳, 肖文磊, 赵罡 申请人:北京航空航天大学