[发明专利]一种薄壁壳体无损综合测量装置

说明书

本发明属于测量技术领域，具体为一种薄壁壳体无损综合测量装置。该测量装置包括：传感器、运动机构、基座、龙门架；其中，传感器采用双头精密位移传感器，包括上测头和下测头的双测头测量；运动机构为七自由度机构，包括四个移动自由度机构以及三个转动自由度机构；该装置针对变曲率薄壁壳体，通过更换传感器，以用于不同的测量需求，包括，内轮廓测量、外轮廓的测量、全局表面缺陷的测量等，可实现大尺寸、高陡度、深内腔的薄壁壳体的形位误差（内外表面形状误差、壁厚）及全局表面缺陷的高精度测量。

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种薄壁壳无损超精密测量装置。

背景技术

大尺寸高陡度薄壁壳体，广泛应用于各个与领域，包括石油、电子、食品、医药、机械、建筑、化工核电、航空航天、军工国防等行业。图1所示为部分应用的实例。

这种大尺寸、高陡度、深内腔的薄壁壳体的形位误差及表面缺陷测量一直是一个非常有挑战性的课题，目前尚无完善的测量解决方案。现有的表面轮廓测量仪和其他测量设备存在的不足有: 接触式测量会对软质材料样件表面产生划伤破坏；难以实现高陡度的深内腔测量；测量精度不高；难以实现壁厚的精确测量；不适用于各种变曲率的壳体测量等。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无损伤、高精度的综合测量变曲率薄壁壳体的形位及表面缺陷的装置。

本发明提供的综合测量装置，针对变曲率薄壁壳体，实现其形位误差（壳体厚度，内外表面形状误差）及表面微观形貌和缺陷的测量。为实现变曲率薄壁壳体的形位及表面缺陷测量，需要精密运动机构及控制，尤其是薄壁壳体的厚度测量，除了运动机构的精准度外，还要确保传感器沿样件表面的法线方向进行数据测量。测量装置结构示意图见图2所示。其包括：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，即双测头测量：包括上测头11和下测头12；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；传感器的上测头11安装于转动轴B133，转动轴B1 33安装于竖直移动轴Z1 32，而移动轴Z1安装于横向移动轴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；传感器的下测头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；测量系统基座通常采用大理石基座；中空式气浮转台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。

当测量曲面薄壁壳体样件21时，将被测件21固定于中空式气浮转台5的转动台（即气浮转台的动子51上），通过精密数控，使上测头11和下测头12沿着被测件对应点的法向，并调整至测头的工作距离内，即可测量测头所对位置的薄壁的厚度值；然后气浮转台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，上下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，最后，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，见图3，将下测头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）；上测头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；调整上测头11和下测头12与被测件的距离到工作距离内，即可测量所对应位置的薄壁厚度值；随后，被测件由气浮转台5带动转动，从而测量一圈的厚度值；然后，上下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；依此方法，可实现平面薄壁样件全局厚度的测量。