[发明专利]一种薄壁壳体无损综合测量装置

权利要求书

1.一种薄壁壳体无损综合测量装置，用于对变曲率薄壁壳体的形位误差及表面微观形貌和缺陷的测量，其特征在于，包括：传感器、运动机构、测量系统基座（7）、龙门架（4）；其中，传感器采用双头精密位移传感器，包括外测头（11）和内测头（12）的双测头测量；运动机构为七自由度机构，包括四个移动自由度机构：移动轴X（31）、移动轴Z1（32）、移动轴Z2（81）、移动轴W（83），以及三个转动自由度机构：转动轴B1（33）、转动轴B2（82）、中空式气浮转台 C（5） ；传感器的外测头（11）安装于转动轴B1（33），转动轴B1(33)安装于竖直移动轴Z1（32），而移动轴Z1安装于移动轴X（31），移动轴X安装于龙门架（4）的顶部，龙门架（4）的下部固定于测量系统基座（7）；传感器的内测头（12）安装于移动轴W（83），移动轴W安装于转动轴B2（82），转动轴B2安装于竖直移动轴Z2（81）， 移动轴Z2(81)安装于测量系统的基座（7）；中空式气浮转台C（5）包括气浮转台动子（51）和气浮转台定子（52），中空式气浮转台C（5）安装在转台支架（6）上，转台支架固定于龙门架（4）的中下部。

2.根据权利要求1所述的薄壁壳体无损综合测量装置，其特征在于，通过更换传感器，以适用不同的测量要求，包括，内测头更换为红外干涉传感器，用于实现内轮廓测量；外测头更换为红外干涉传感器，通过数据拼接算法，用于实现外轮廓的测量；内、外测头更改为局部测量传感器，用于实现全局表面缺陷的测量。

3.基于权利要求1所述的薄壁壳体无损综合测量装置的测量方法，其特征在于，当测量曲面薄壁壳体样件（21）时，将被测曲面薄壁壳体样件（21）固定于中空式气浮转台C（5）的转动台即气浮转台的动子（51）上，通过精密数控，使外测头（11）和内测头（12）沿着被测件对应点的法向，并调整至测头的工作距离内，即测得测头所对位置的薄壁的厚度值；然后中空式气浮转台 C（5）带动被测件做转动，实现连续采样，从而测得薄壁壳体所对应的一圈厚度值；然后，上、内测头沿曲面壳体的纬度方向移动一个既定距离，按上述流程测量，获得下一圈的薄壁壳体的厚度；依此类推，即可测量得到整个曲面壳体全局范围内的厚度值；

当测量平面薄壁样件（22）时，将内测头（12）逆时针调整90度，与移动轴W(83)垂直，而移动轴W（83）则通过转动轴B2（82）调整至水平，与被测平面平行；外测头（11）通过转动轴B1（33）调整与被测平面薄壁样件（22）上表面垂直；调整外测头（11）和内测头（12）与被测件的距离到工作距离内，即可测量得到所对位置的薄壁厚度值；然后，被测件由中空式气浮转台C（5）带动转动，从而测量一圈的厚度值；然后，上、内测头沿着被测面按既定距离移动到下一个位置，按上述方式，测量下一圈的薄壁厚度；依此类推，即可实现平面薄壁样件全局厚度的测量。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，对于厚度测量的算法如下，首先通过测量标准件进行测量校准，然后测量被测件，获得被测件的厚度，如下式：

（1）

其中，S是被测件厚度，S₀是标准件厚度，S₀₁, S₀₂是校准时传感器测量值，S₁, S₂是测量被测件时的传感器测量值；

根据测量运动轴的位置信息，即测头位置：以柱坐标形式D（R,z,θ），或笛卡尔坐标形式D（x,y,z），得到被测件的任意位置的厚度信息（R,z,θ,S）或（x,y,z,S）；其中，柱坐标和笛卡尔坐标转换为：

（2）。