船體外板三維觸板測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種船體復雜曲面外板形狀測量設備。船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于：包括M點線測量板陣列、移動承載架和微控器，M點線測量板陣列安裝在移動承載架上，微控器固定在移動承載架上，微控器的電纜與M點線測量板陣列的電動測量推桿的控制板相連。應用本實用新型的裝置具有快速、高效、精確檢驗的特點。
【專利說明】船體外板三維觸板測量裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種船體復雜曲面外板形狀測量設備，尤其涉及一種成型加工過程中精確、快速的接觸式板形測量設備。
【背景技術】
[0002]復雜不規(guī)則曲面在現(xiàn)代汽車、造船、航空航天等飛速發(fā)展的工業(yè)中得到了越來越多的應用，并且上述行業(yè)對不規(guī)則曲面外形精度要求也越來越高。對于此類三維曲面零件的自動加工過程控制和成型精度檢驗都離不開對曲面形狀的測量。上述對三維曲面的測量屬于CAD模型已知的測量。對于此類測量，其關鍵問題是如何高效、可靠的獲取待測曲面的幾何形狀信息并對其形狀誤差做出準確的評定。目前曲面形狀測量方法根據(jù)測量方式的不同主要分為接觸式測量和非接觸式測量。
[0003]接觸式測量通過傳感測量頭與待測工件的接觸而記錄工件表面點的坐標值，其測量過程可以是連續(xù)的也可以是間斷的。接觸式測量的典型方法為三坐標測量機，通過觸頭與工件表面的 接觸測量觸點的空間坐標，它具有較高的測量精度并且不受顏色光照的限制，但測量效率低、測量范圍小，測量速度受到機構運動的限制。
[0004]非接觸式測量方法主要是基于光學、聲學、磁學等原理，將物理模擬量通過適當?shù)乃惴ㄞD換為樣件表面的坐標點。包括:攝影測量法、電子經(jīng)緯儀交繪測量、光柵測量法。攝影測量法測量精度較低。電子經(jīng)緯儀交繪測量雖然可以測量較大的工件但測量速度慢，必須逐點瞄準，工作量大，當被測點較多時，測量難度大。光柵測量法測量精度較低。激光干涉法測量精度相當高，但測量范圍小，抗干擾能力弱，不適合測量凹凸變化大的復雜曲面。激光衍射法可靠性好，但不適合表面起伏大的被測曲面。激光三角測量法測量速度快，精度高但對被測表面的粗糙度、凸凹程度、漫反射率和傾角過于敏感，存在“陰影效應”。
[0005]在造船過程中，對于有曲度船體外板需根據(jù)其型線數(shù)據(jù)進行彎曲加工，加工過程中，先由三芯輥對板材進行輥彎獲得單向曲度，再由水火彎板加工獲得雙向曲度。目前由于上述加工工藝自動化程度不高，所以檢驗過程普遍采用樣板、樣箱對樣檢驗，但在自動化加工過程中，則需要快速高精度的測量方式。由于船體外板不規(guī)則曲面多，形狀復雜，零件尺寸大，加工環(huán)境聲、光、熱干擾嚴重，但對測量速度與精度要求又較高，故前述測量方法或因測量效率，或因測量精度，或因測量環(huán)境均不適合于船體外板加工中的形狀測量。本實用新型——船體外板三維觸板測量裝置(下面簡稱“觸板裝置”)是專門針對船體外板形狀測量應用要求設計的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決船廠對船體外板自動加工滿足板材形狀測量條件和測量時提供一種快速、高效、精確檢驗裝置，本實用新型的目的在于提供一種船體外板三維觸板測量裝置，應用本實用新型的裝置具有快速、高效、精確檢驗的特點。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術方案是，船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:包括M點線測量板陣列、移動承載架和微控器，M點線測量板陣列安裝在移動承載架上，微控器固定在移動承載架上，微控器的電纜與M點線測量板陣列的電動測量推桿的控制板相連。
[0008]M點線測量板陣列由N組M點線測量板組成陣列，N為1-22的自然數(shù);M點線測量板由M個電動測量推桿、上梁、下梁和線槽構成，M為5-22的自然數(shù)，M個電動測量推桿的上端安裝在上梁上，M個電動測量推桿的下端安裝在下梁上，上梁上安裝有線槽。
[0009]電動測量推桿的上端通過槽板扣裝并用螺絲固定在槽型的上梁上，電動測量推桿下端通過下固定塊坐裝并用螺絲緊固在方空心的下梁上。
[0010]來自微控器控制電動測量推桿的供電電纜布置在上梁上的線槽內(nèi)。
[0011]電動測量推桿由行程測控組件、電動推桿、觸板頭、收線機構組成；電動推桿的上端座緊固在行程測控組件的槽板上，電動推桿的下端通過連接螺帽與觸板頭的連接螺絲配合連接，電動推桿的推桿筒端蓋通過螺絲與下固定塊固定在一起；行程測控組件通過螺絲固定安裝在電動推桿齒輪箱上，電動推桿齒輪箱固定安裝在槽板上。
[0012]行程測控組件由微控板、光電開關、碼盤與槽板組成；微控板通過絕緣座裝在槽板內(nèi)，碼盤通過螺母壓裝在電動推桿的絲桿輸出軸端部，電動推桿的線性位移量由碼盤轉換為角位移量，再由安裝在微控板上三個光電開關將碼盤角位移量轉換為脈沖量。
[0013]觸板頭由限位開關、封裝罩和連接螺絲組成，帶軸承的上三面體與下三面體構成限位開關的封裝罩；限位開關通過螺絲固定在上三面體內(nèi)面，上三面體與下三面體通過螺絲合裝為六面體限位開關的封裝罩，進而構成觸板頭體，再通過連接螺絲連接在電動推桿下端部的連接螺帽上。
[0014]收線機構包括上固定塊、雙導向桿、直線軸承、線管、導向滑塊、導向滑塊蓋板和下固定塊；收線機構的雙導向桿上端由固定在行程測控組件下表面的上固定塊支撐，雙導向桿的下端由下固定塊支撐；穿有限位開關引線線管上端緊固在套在雙導向桿上的滑塊上，線管的下端穿過安裝在下固定塊中直線軸承后下端緊固在觸板頭耳端；導向滑塊中裝有雙導向桿直線軸承由導向滑塊蓋板封裝。
[0015]移動承載架包括移動胎架、M點線測量板陣列框架、移動胎架行走軌道、移動胎架驅(qū)動油缸；倒梯臺型的M點線測量板陣列框架通過緊固螺絲固定在移動胎架上，移動胎架位于移動胎架行走軌道上，移動胎架與油缸的活塞桿相連，油缸的的缸體設置在軌道上。
[0016]本實用新型通過M點線測量板陣列對正在數(shù)控加工外板接觸式測量，供數(shù)控彎板機快速準確獲得當前曲板空間形狀數(shù)據(jù)。它應用網(wǎng)格節(jié)點接觸測量法，布置電動測量推桿為MXN網(wǎng)格節(jié)點矩陣構成“觸板裝置”，將其移到被測板的上方，上位機指示微控器驅(qū)動各推桿向待測曲板面運動至觸板自動停止，電動測量推桿位移量即為網(wǎng)格各對應節(jié)點處的Z向坐標，并與電動測量推桿布置在“觸板裝置”上的X、Y坐標結合即為各測點的空間坐標，構成測量面點云數(shù)據(jù)，獲得外板形狀。它提高了測量速度與測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠性，為船體外板自動成形加工提供了較好的可選技術方案。
[0017]本實用新型的有益效果是:應用本實用新型的裝置具有快速、高效、精確檢驗的特點。它可以通過觸頭點陣的伸縮獲得板材空間形狀，并通過網(wǎng)格節(jié)點測量法(前提條件是網(wǎng)格節(jié)距選擇保證被測船板曲面不失真)快速準確的獲得當前加工板材整體的當時形狀，用以指導后續(xù)加工。船體外板三維觸板測量裝置應具有適用于大型板材測量，不受測量環(huán)境聲、光、熱污染的影響，測量速度、精度較高，滿足船體外板自動化加工要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型船體外板三維觸板測量裝置的結構示意圖。
[0019]圖2為本實用新型M點線測量板的結構示意圖。
[0020]圖3為本實用新型電動測量推桿的結構示意圖。
[0021]圖4為本實用新型行程測控組件的結構示意圖。
[0022]圖5為本實用新型收線機構的結構示意圖。
[0023]圖6為本實用新型觸板頭的結構示意圖。
[0024]圖7為本實用新型移動承載架的結構示意圖。
[0025]圖中:1.M點線測量板陣列，2.移動承載架，3.微控器，11.電動測量推桿，12.上梁，13.下梁，14.線槽，Ila.行程測控組件，Ilb.收線機構，lie.觸板頭，Ild.電動推桿，Ilal.微控板，lla2.光電開關，lla3.碼盤，lla4.槽板,llbl.上固定塊，llb2.導向滑塊蓋板，llb3.導向滑塊，llb4.線管，llb5.雙導向桿，llb6.直線軸承，llb7.下固定塊，Ilcl.連接螺絲，llc2.軸承，llc3.上三面體，llc4.限位開關，llc5.引線，llc6.下三面體，lldl.絲桿輸出軸，lld2.上端座，lld3.連接螺帽，lld4.推桿筒端蓋，21.移動胎架，22.M點線測量板陣列框架，23.移動胎架行走軌道，24.移動胎架驅(qū)動油缸。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型的船體外板三維觸板測量裝置，包括M點線測量板陣列1、移動承載架2和微控器3 (見圖1)，M點線測量板陣列I安裝在移動承載架2上(使用時，移動承載架2與待測船體外板肋位方向平行，移動承載架實現(xiàn)觸板裝置的承載，并移動觸板頭到測量工位)，微控器3固定在移動承載架2上，微控器3的電纜(控制線與電源線)與M點線測量板陣列I的電動測量推桿11的控制板相連，控制電動推桿Ild升降。
[0027]M點線測量板陣列I由N組M點線測量板組成陣列(構成MXN個網(wǎng)格節(jié)點測量陣列)，N為1-22的自然數(shù)(N ^ I) ;M點線測量板(見圖2)由M個電動測量推桿11、上梁12、下梁13和線槽14構成，M為5-22的自然數(shù)(M ^ 5個)，M個電動測量推桿11的上端安裝在上梁12上，M個電動測量推桿11的下端安裝在下梁13上，上梁12上安裝有線槽14。
[0028]電動測量推桿11的上端通過槽板lla4扣裝并用螺絲固定在槽型的上梁12上(見圖5)，電動測量推桿11下端通過下固定塊llb7坐裝并用螺絲緊固在方空心的下梁13上。來自微控器3控制電動測量推桿11的供電電纜布置在上梁12上的線槽14內(nèi)。
[0029]測量時，安裝在M點線測量板陣列框架22內(nèi)MXN個網(wǎng)格節(jié)點測量陣列靠移動機構(移動胎架驅(qū)動油缸)24驅(qū)動，移動到待測板上方，上位機指示下位機控制各自推桿向待測曲板板面運動，同時自動對各自行程進行計算，從而獲得每一個測點處的Z向坐標，此坐標與電動測量推桿布置X、Y坐標結合即為當前測點的空間坐標，所有M X N個網(wǎng)格節(jié)點空間坐標共同構成了待測板的空間形狀。N與M大小和推桿行程根據(jù)應用需要確定。
[0030]所圖3所示，電動測量推桿11由行程測控組件11a、電動推桿(或稱電動推桿本體)IIcU觸板頭(或稱電動推桿觸板止動開關觸頭)11C、收線機構(或稱布線機構)IIb四部分組成；如圖3所示，電動推桿Ild的上端座lld2緊固在行程測控組件Ila的槽板lla4上，電動推桿的下端(即桿端)通過連接螺帽lld3與觸板頭的連接螺絲Ilcl配合連接，電動推桿Ild的推桿筒端蓋lld4通過螺絲與下固定塊llb7固定在一起(電動推桿為現(xiàn)有成套產(chǎn)品，電動推桿Ild帶電機)。
[0031]電動測量推桿11 (見圖3)是實現(xiàn)船體外板形狀網(wǎng)格節(jié)點測量法的基本單元，電動推桿位移測量(過程為:)電動推桿(或稱電動推桿本體)Ild的伸縮運動帶動觸板頭向待測量板材運動，行程測控組件將推桿位移量轉換成脈沖量反饋到微電腦計數(shù)，當觸板頭接觸到待測板材上表面時，觸板頭止動開關停止電動推桿運動，這時微電腦將該脈沖計數(shù)值轉換為推桿位移量即待測曲板基于相對基平面的垂直坐標值，完成觸板止動點接觸測量。
[0032]所圖4所示，行程測控組件Ila通過螺絲固定安裝在電動推桿齒輪箱lld2上，電動推桿齒輪箱lld2固定安裝在槽板lla4上。
[0033]行程測控組件Ila由微控板I Ial、光電開關lla2、碼盤lla3與槽板lla4組成；微控板Ilal通過絕緣座裝在槽板lla4內(nèi)，碼盤lla3通過螺母壓裝在電動推桿Ild的絲桿輸出軸Ildl端部，電動推桿Ild的線性位移量由碼盤lla3轉換為角位移量，再由安裝在微控板Ilal上三個光電開關lla2將碼盤lla3角位移量轉換為脈沖量。
[0034]行程測控組件Ila (見圖4)由安裝有三個光電開關冗余計數(shù)微控電路板與固定在電動推桿絲桿上端的碼盤組成，微控電路板還具有根據(jù)上位機指令控制電動推桿運動的功倉泛。
[0035]所圖6所示，觸板頭Ilc由限位開關llc4、封裝罩和連接螺絲Ilcl組成，帶軸承l(wèi)lc2的上三面體llc3與下三面體llc6構成限位開關llc4的封裝罩；限位開關llc4通過螺絲固定在上三面體llc3內(nèi)面,上三面體llc3與下三面體llc6通過螺絲合裝為六面體限位開關llc4的封裝罩,進而構成觸板頭Ilc體,再通過連接螺絲Ilcl連接在電動推桿Ild下端部的連接螺帽lld3上。限位開關llc4的引線llc5 (引線從限位開關接到電動推桿Ild繼電電路)由收線機構Ilb收放。
[0036]當觸板頭接觸到待測板材上表面時，觸動限位開關切斷電動推桿電源，停止推桿運動。
[0037]所圖5所示，收線機構Ilb (或稱布線機構、放線機構)包括上固定塊IIb1、雙導向桿llb5、直線軸承l(wèi)lb6、線管llb4、導向滑塊llb3、導向滑塊蓋板llb2和下固定塊llb7 ;收線機構Ilb的雙導向桿llb5上端由固定在行程測控組件Ila下表面的上固定塊Ilbl支撐(上固定塊Ilbl固定在槽板lla4上，雙導向桿llb5上端與上固定塊Ilbl固定)，雙導向桿llb5的下端由下固定塊llb7支撐(雙導向桿llb5的下端與下固定塊llb7固定)；穿有限位開關llc4引線llc5線管上端緊固在套在雙導向桿llb5上的滑塊llb3上(線管llb4的上端緊固在滑塊llb3上)，線管llb4的下端穿過安裝在下固定塊llb7中直線軸承l(wèi)lb6后下端緊固在觸板頭Ilc耳端。導向滑塊llb3中裝有雙導向桿llb5直線軸承由導向滑塊蓋板llb2封裝(導向滑塊llb3能沿雙導向桿llb5移動)。當電動推桿Ild帶動觸板頭Ilc上下移動時，觸板頭Ilc拖動線管llb4上下移動，穿在線管llb4中引線llc5隨之上下移動，解決了信號線在運動過程中的收放與保護問題。收線機構Ilb用于解決觸板頭隨電動推桿行進過程中信號線收線問題，實現(xiàn)了信號線在測量過程中的收放和保護。
[0038]所圖5所示，移動承載架2包括移動胎架21、M點線測量板陣列框架22、移動胎架行走軌道23、移動胎架驅(qū)動油缸24 ;倒梯臺型的M點線測量板陣列框架22，通過緊固螺絲固定在移動胎架21上，承載著倒梯臺型M點線測量板陣列框架22的移動胎架21在移動胎架驅(qū)動油缸24驅(qū)動下滾動行走在靜止的移動胎架行走軌道23上(移動胎架21位于移動胎架行走軌道23上，M點線測量板陣列框架22與移動胎架21固定連接，移動胎架21與油缸24的活塞桿相連，油缸24的的缸體設置在軌道23上)。
[0039]M ≥5個電動測量推桿11等間距陣列在上梁12與下梁13之間構成M點線測量板陣列1，M點線測量板陣列I固定在移動承載架2的陣列框架22上。M點線測量板陣列I由移動承載架2移到曲板加工檢測工位實施板型測量。
[0040]船體外板三維觸板測量裝置從待測工位一測量工位一M點線測量板陣列I的N組M點線測量板的電動推桿Ild同時下移觸板一測得曲板網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)(即得到當前曲板形狀)，整個測量程序簡單，形成本實用新型的獨特優(yōu)點:測量速度快、測量精度不受板材加工環(huán)境影響，解決了船舶建造行業(yè)對船體外板自動加工過程中由于零件尺寸大、對加工精度要求較高、加工環(huán)境較為惡劣而難以測量的問題，為實現(xiàn)船體曲板數(shù)字化綠色加工成形起到了其他同類測量裝置不可替代的作用。
【權利要求】
1.船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:包括M點線測量板陣列、移動承載架和微控器，M點線測量板陣列安裝在移動承載架上，微控器固定在移動承載架上，微控器的電纜與M點線測量板陣列的電動測量推桿的控制板相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:M點線測量板陣列由N組M點線測量板組成陣列，N為1-22的自然數(shù)；M點線測量板由M個電動測量推桿、上梁、下梁和線槽構成，M為5-22的自然數(shù)，M個電動測量推桿的上端安裝在上梁上，M個電動測量推桿的下端安裝在下梁上，上梁上安裝有線槽。
3.根據(jù)權利要求2所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:電動測量推桿的上端通過槽板扣裝并用螺絲固定在槽型的上梁上，電動測量推桿下端通過下固定塊坐裝并用螺絲緊固在方空心的下梁上。
4.根據(jù)權利要求2所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:電動測量推桿由行程測控組件、電動推桿、觸板頭、收線機構組成；電動推桿的上端座緊固在行程測控組件的槽板上，電動推桿的下端通過連接螺帽與觸板頭的連接螺絲配合連接，電動推桿的推桿筒端蓋通過螺絲與下固定塊固定在一起；行程測控組件通過螺絲固定安裝在電動推桿齒輪箱上，電動推桿齒輪箱固定安裝在槽板上。
5.根據(jù)權利要求4所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:行程測控組件由微控板、光電開關、碼盤與槽板組成；微控板通過絕緣座裝在槽板內(nèi)，碼盤通過螺母壓裝在電動推桿的絲桿輸出軸端部。
6.根據(jù)權利要求4所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:觸板頭由限位開關、封裝罩和連接螺絲組成；限位開關通過螺絲固定在上三面體內(nèi)面，上三面體與下三面體通過螺絲合裝為六面體限位開關的封裝罩，進而構成觸板頭體，再通過連接螺絲連接在電動推桿下端部的連接螺帽上。
7.根據(jù)權利要求4所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:收線機構包括上固定塊、雙導向桿、直線軸承、線管、導向滑塊、導向滑塊蓋板和下固定塊；收線機構的雙導向桿上端由固定在行程測控組件下表面的上固定塊支撐，雙導向桿的下端由下固定塊支撐；穿有限位開關引線線管上端緊固在套在雙導向桿上的滑塊上，線管的下端穿過安裝在下固定塊中直線軸承后下端緊固在觸板頭耳端；導向滑塊中裝有雙導向桿直線軸承由導向滑塊蓋板封裝。
8.根據(jù)權利要求1所述的船體外板三維觸板測量裝置，其特征在于:移動承載架包括移動胎架、M點線測量板陣列框架、移動胎架行走軌道、移動胎架驅(qū)動油缸；倒梯臺型的M點線測量板陣列框架通過緊固螺絲固定在移動胎架上，移動胎架位于移動胎架行走軌道上，移動胎架與移動胎架驅(qū)動油缸的活塞桿相連，移動胎架驅(qū)動油缸的的缸體設置在移動胎架行走軌道上。
【文檔編號】G01B7/28GK203772209SQ201420049992
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】鄭紹春, 趙彬, 郭榮 申請人:武漢理工大學