复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于航天产品机械制造技术领域，公开了一种复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置及其应用方法，所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置中直线运动模组上安装有精密升降杆，精密升降杆安装有深度视觉系统；直线运动模组上端安装有六自由度运动平台，六自由度运动平台上端安装有在机测量中空加工结构；直线运动模组左端安装有工件装夹立柱，工件装夹立柱端部安装有三维复杂构型复合材料管路；在机测量中空加工结构左端安装有精密直线运动台、径向运动模组、激光位移传感器测头，在机测量中空加工结构左端通过安装螺栓安装有电涡流传感器测头。本发明专利技术具有集成度高、操作简单、便捷实用等优点。便捷实用等优点。便捷实用等优点。

【技术实现步骤摘要】
复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置及方法


[0001]本专利技术属于航天产品机械制造
，尤其涉及一种复杂构型复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置及方法。

技术介绍

[0002]目前，在航天领域中应用的复合材料管路往往具有复杂的三维特征，如变径、弯角、非重合轴线等，且以中大乃至超大尺寸为主。在面向此类管路的加工时，传统的加工装备无法满足适应性的需求。以机器人或大型机床为加工装备的工艺，也难以实现对管路复杂结构特征的精确捕获和高效加工，且占地空间大。针对上述的问题，现有相关技术如下：专利1，一种基于旋转光场的三维表面重构方法(CN105976431B)，通过设置旋转光场围绕回转体进行图像采集，再通过提取特征点和追踪匹配得到坐标轨迹，进而获得正弦曲线并拟合得到三维坐标。专利1仅提供了一种方法，且需经过特征提取和追踪匹配，未对三维坐标矩阵空白进行填充，也无法测量带有覆盖层的内部表面三维结构。专利2，一种由螺旋采样光场数据重建三维物体的方法(CN202010766903.6)，专利2与专利1的方法类似，将旋转光场变为螺旋采样光场，通过相机对三维表面进行重建。专利2中的方法在本领域中，仍存在上述问题，从而无法满足需求。专利3，基于频率干涉的平面全息阵列目标三维表面重构方法(CN106680796B)，专利技术了在雷达信号处理领域的基于频率干涉的平面全息阵列目标三维表面重构方法：采用相同参考距离依次将宽带回波中的每个频点数据重构为二维图像，进行干涉处理，再进行相位解缠和深度重构，获得三维表面。专利3仅提供了一种方法，虽能实现表面的三维重构，但所处领域不同，且面向对象单一，方法复杂，难以应用在航天领域管路的在机测量。专利4，一种基于k均值颜色聚类的物体表面三维轮廓的结构光视觉测量方法(CN201310205209.7)，专利技术了一种基于k均值颜色聚类的物体表面三维轮廓的结构光视觉测量方法：在RGB空间确定投影颜色的空间直线，计算像素点到空间直线的欧式距离，获取最小值对应的颜色标号即为该像素点对应的颜色值，再通过调整自适应参数，拟合新的空间颜色直线，反复迭代k均值聚类，获得解码序列进而生成点坐标矩阵，重构三维表面。专利4可解决立体视觉中匹配困难的问题；但是仅通过视觉方法测得的三维表面，尤其针对大型被测物的表面重构，难以获得高精度的三维点阵。专利5，适用于超精密机床加工零件的非接触在位检测装置及应用方法(CN201610145388.3)，针对超精密机床加工零件的非接触在位检测装置及应用方法，配合X和Y直线运动轴的运动和标定，可实现对多种球面的特征进行二维或三维检测。但专利5仅适用于小尺寸的球体检测，对中、大型的复杂三维结构物体则难以适用。专利6，单表面三维重构方法、装置和系统(CN201611019581.9)，专利技术的单表面三维重构方法、装置和系统，利用自然光的反射和偏振分析法相结合，并通过三角测量方法，获取重构信息。然而该方法以法向量计算、方向向量计算、空间位置计算和重构等四大部分组成，可用于对表面进行重构，但仍无法获取带有覆盖层的内部表面三维结构。专利7，透明目标表面三维重构方法、装置和系统(CN201810016530.3)公开了透明目标表面三维重构方法、装置和系统，但对非透明目标，如复合材料覆盖层，则难以满足应用需求。专利8，一
种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法(CN202010859916.8)，公开了一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法，通过旋转平台、垂直平台和激光扫描仪，对螺纹牙型细节进行重构。然而，该方法无法适应大型的、具有复杂三维结构的被测物的三维表面重构，且仍无法获取带有覆盖层的内部表面三维结构。专利9，一种光纤干涉式小孔内表面三维成像检测系统(CN201810286181.7)，专利技术了一种光纤干涉式小孔内表面三维成像检测系统，该检测系统针对小孔内表面形貌进行三维成像和信息测量，不适用于本领域所涉及的三维表面在机检测问题。此外，上述对比专利均无法完成对管路轴线特征、管路内芯与覆盖层空间位姿关系的特征提取。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术中的加工装备无法满足适应性的需求，以机器人或大型机床为加工装备的工艺，也难以实现对管路复杂结构特征的精确捕获和高效加工，且占地空间大。同时现有技术均无法完成对管路轴线特征和管路内芯与覆盖层空间位姿关系的特征提取。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置及其控制方法。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置设置有直线运动模组；
[0006]直线运动模组上安装有精密升降杆，精密升降杆安装有深度视觉系统；直线运动模组上端安装有六自由度运动平台，六自由度运动平台上端安装有在机测量中空加工结构；
[0007]直线运动模组前端安装有工件装夹立柱，工件装夹立柱端部安装有三维复杂构型复合材料管路；
[0008]在机测量中空加工结构的旋转刀盘上安装有精密直线运动台、径向运动模组，两个精密直线运动上分别装有电涡流传感器和激光位移传感器测头，精密直线运动台通过安装螺栓安装有电涡流传感器测头，电涡流传感器测头通过传输线缆与传感器前置模块连接。
[0009]进一步，所述在机测量中空加工结构设置有平衡支撑座，平衡支撑座通过螺栓安装在在机测量中空加工结构前端，用于承载整机平衡，平衡支撑座上通过螺栓固定有防护端盖；
[0010]平衡支撑座上设置有磁栅传感器走线孔，在机测量中空加工结构内部通过第一角接触轴承和第二角接触轴承安装有中空主轴，第一角接触轴承和第二角接触轴承通过轴承锁紧夹持，轴承锁紧设置有吊环安装孔；
[0011]在机测量中空加工结构上设置有直驱电机走线孔、航空插头安装孔和导电滑环固定孔，导电滑环固定孔固定导电滑环定子；在机测量中空加工结构下端设置有中空加工结构底座，中空主轴上通过螺钉安装有导电滑环定子，导电滑环定子为3个相差120
°
分布。
[0012]进一步，所述导电滑环定子通过3个沿轴向分布的导电滑环固定孔固定，导电滑环定子上引出的线缆由航空插头安装孔引出至步进电机驱动器；
[0013]在机测量中空加工结构内部设置有导电滑环定子、导电滑环动子、直驱电机定子、
直驱电机动子，在机测量中空加工结构左端安装有磁栅尺、磁栅读数头；
[0014]直驱电机定子和直驱电机动子的线缆通过直驱电机走线孔与驱动器连通，并与磁栅尺、磁栅读数头组成闭环运动系统，磁栅读数头通过磁栅传感器走线孔与驱动器相连；
[0015]防护端盖上安装有3个径向运动模组，径向运动模组设置有直线导轨、步进电机、刀具，刀具安装在径向运动模组下端。
[0016]进一步，所述深度视觉系统设置有二维云台、旋转轴、俯仰轴、相机镜头以及散热系统；二维云台上安装有旋转轴，旋转轴上安装有俯仰轴，俯仰轴上安装有相机镜头，相机镜头上设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，其特征在于，所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置设置有：直线运动模组；直线运动模组上安装有精密升降杆，精密升降杆安装有深度视觉系统；直线运动模组上端安装有六自由度运动平台，六自由度运动平台上端安装有在机测量中空加工结构；直线运动模组前端安装有工件装夹立柱，工件装夹立柱端部安装有三维复杂构型复合材料管路；在机测量中空加工结构的旋转刀盘上安装有精密直线运动台、径向运动模组，两个精密直线运动上分别装有电涡流传感器和激光位移传感器测头，精密直线运动台通过安装螺栓安装有电涡流传感器测头，电涡流传感器测头通过传输线缆与传感器前置模块连接。2.如权利要求1所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，其特征在于，所述在机测量中空加工结构设置有平衡支撑座，平衡支撑座通过螺栓安装在机测量中空加工结构前端，用于承载整机平衡，平衡支撑座上通过螺栓固定有防护端盖；平衡支撑座上设置有磁栅传感器走线孔，在机测量中空加工结构内部通过第一角接触轴承和第二角接触轴承安装有中空主轴，第一角接触轴承和第二角接触轴承通过轴承锁紧夹持，轴承锁紧设置有吊环安装孔；在机测量中空加工结构上设置有直驱电机走线孔、航空插头安装孔和导电滑环固定孔，导电滑环固定孔固定导电滑环定子；在机测量中空加工结构下端设置有中空加工结构底座，中空主轴上通过螺钉安装有导电滑环定子，导电滑环定子为3个相差120
°
分布。3.如权利要求2所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，其特征在于，所述导电滑环定子通过3个沿轴向分布的导电滑环固定孔固定，导电滑环定子上引出的线缆由航空插头安装孔引出至步进电机驱动器；在机测量中空加工结构内部设置有导电滑环定子、导电滑环动子、直驱电机定子、直驱电机动子，在机测量中空加工结构左端安装有磁栅尺、磁栅读数头；直驱电机定子和直驱电机动子的线缆通过直驱电机走线孔与驱动器连通，并与磁栅尺、磁栅读数头组成闭环运动系统，磁栅读数头通过磁栅传感器走线孔与驱动器相连；防护端盖上安装有3个径向运动模组，径向运动模组设置有直线导轨、步进电机、刀具，刀具安装在径向运动模组下端。4.如权利要求1所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，其特征在于，所述深度视觉系统设置有二维云台、旋转轴、俯仰轴、相机镜头以及散热系统；二维云台上安装有旋转轴，旋转轴上安装有俯仰轴，俯仰轴上安装有相机镜头，相机镜头上设置有散热系统。5.如权利要求1所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，其特征在于，所述六自由度运动平台设置有铰链、运动电缸、六自由度运动平台底座；六自由度运动平台底座上端安装有运动电缸，运动电缸通过铰链安装有平台；六自由度运动平台底座上设置有电气接口，运动电缸和六自由度运动平台底座分别为6个。6.如权利要求1所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置，其特征在于，精密直线运动台设置有微调螺杆、传感器测头支架、锁紧旋钮、固定底座；传感器测头支架安装在精密直线运动台上，传感器测头支架有电涡流传感器测头；传感器测头支架通
过锁紧旋钮与固定底座连接，传感器测头支架安装有微调螺杆。7.一种如权利要求1～6任意一项所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置的复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置应用方法，其特征在于，所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工装置应用方法包括：步骤一，在所有传感器系统及测头安装完毕的前提下，进入测量环节；六自由度运动平台移至深度视觉系统的另一侧，深度视觉系统提升至可采集管路完整构型特征的位置，调整直线运动模组，以实现深度视觉系统在管路不同相对位置处的三维数据获取；步骤二，通过深度视觉系统的计算，获得管路的三维构型特征信息，并计算管路的轴线位置及变化特征，根据计算管路的轴线位置及变化特征的结果，得到在管路三维表面重构的过程中，各运动机构的测量位姿轨迹；步骤三，在进行实际的管路三维表面重构前，依据管路的一端进行对心调整，对心调整过程为管路端位对心过程；在完成对心调整后，开始首次对管路三维表面进行重建，具体为管路三维表面重构过程；步骤四，基于重构的三维表面数据，计算管路轴心特征及沿直线运动模组运动方向的空间特征；基于获得的管路轴心特征，重复进行精确的管路三维表面重构过程；基于获得的精确管路三维表面重构特征，分别从激光位移传感器测头和电涡流传感器测头(局部金属表面数据)获得数据，计算得到管路金属内芯特征和管路覆盖层特征；步骤五，基于获得的管路金属内芯特征和管路覆盖层特征，计算得到管路金属内芯和管路覆盖层的空间位置关系；依据三维复杂构型复合材料管路轴心变化计算获得的精确位姿轨迹和加工工艺需求，开始进行管路覆盖层的加工。8.如权利要求7所述复复杂构型复合材料管路的在机三维仿形加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：渠达，高远，陈自然，马晓静，赵一搏，郑伟，汤星琪，吴琦炜，许小强，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：