郭元軍 周 祥 鐘臻榮 鄧雅文

FARO關(guān)節(jié)臂在壁厚檢測(cè)中的應(yīng)用

郭元軍 周 祥 鐘臻榮 鄧雅文

（湖北三江航天江北機(jī)械工程有限公司，孝感 432100）

變壁厚深盲孔零件壁厚的測(cè)量，可準(zhǔn)確獲取壁厚測(cè)量值，但無(wú)法準(zhǔn)確獲取壁厚理論值，無(wú)法評(píng)價(jià)壁厚的符合程度。為解決該問(wèn)題，提出一種基于FARO Edge關(guān)節(jié)臂的壁厚檢測(cè)方法，用關(guān)節(jié)臂完成零件外型面掃描并與三維理論模型對(duì)齊后，使用探測(cè)模式獲取零件內(nèi)型面點(diǎn)，根據(jù)內(nèi)型面點(diǎn)及三維理論模型獲取壁厚理論值，根據(jù)外型面數(shù)據(jù)、內(nèi)型面點(diǎn)及其壁厚法向計(jì)算當(dāng)前點(diǎn)的壁厚，獲得壁厚實(shí)測(cè)值，二者比較判定壁厚的符合性。同時(shí)，制造樣件，并與成熟的檢測(cè)方法的測(cè)量值進(jìn)行比較，驗(yàn)證了方法的正確性，可推廣用于各種零件壁厚的檢測(cè)。

FARO關(guān)節(jié)臂；壁厚；檢測(cè)；應(yīng)用

1 引言

工業(yè)生產(chǎn)中，常采用壁厚測(cè)具檢測(cè)盲孔壁厚。但當(dāng)孔深達(dá)到500mm后，壁厚測(cè)具會(huì)十分笨重，增加了檢驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，檢測(cè)精度也得不到保證；當(dāng)產(chǎn)品為變壁厚的自由曲面零件時(shí)，檢測(cè)的位置不同，壁厚理論值不同，用壁厚測(cè)具僅能取得實(shí)測(cè)值不能準(zhǔn)確獲得該點(diǎn)的理論值，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估產(chǎn)品壁厚的符合性。對(duì)于變壁厚自由曲面零件的壁厚檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采用先在產(chǎn)品實(shí)物上標(biāo)記測(cè)量點(diǎn)，按標(biāo)記點(diǎn)測(cè)量后，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位置在UG等制圖軟件提取理論厚度進(jìn)行比較的方法。測(cè)試過(guò)程繁瑣，精度無(wú)法保證。

2 自由曲面回轉(zhuǎn)體壁厚的檢測(cè)

為便于研究，自制了一件內(nèi)外型面為相同自由曲面的等壁厚天線罩模擬件（見(jiàn)圖1），用于模擬變壁厚產(chǎn)品壁厚測(cè)量，同時(shí)配套繪制了三維理論模型，產(chǎn)品理論壁厚為2.5mm。分別用壁厚測(cè)具以及關(guān)節(jié)臂測(cè)試壁厚。

圖1 測(cè)試天線罩模擬件圖

2.1 壁厚測(cè)具檢測(cè)

將天線罩模擬件沿軸線截取兩個(gè)截面，選取距大端面50、150的兩個(gè)截面，利用壁厚測(cè)具在選定截面各測(cè)7點(diǎn)壁厚。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 壁厚測(cè)具壁厚測(cè)量值統(tǒng)計(jì)表 mm

2.2 關(guān)節(jié)臂壁厚檢測(cè)

與關(guān)節(jié)臂配套的三維測(cè)量軟件為PolyWorks Inspire，關(guān)節(jié)臂用于檢測(cè)可分為三步：零件外型面掃描及內(nèi)表面數(shù)據(jù)點(diǎn)獲取；檢測(cè)數(shù)據(jù)與三維模型對(duì)齊；壁厚計(jì)算。

2.2.1 零件檢測(cè)數(shù)據(jù)獲取

將零件支撐固定在工裝上，用激光掃描頭完成外型面的掃描，用直徑6mm鋯石測(cè)頭在內(nèi)型面取點(diǎn)。取點(diǎn)位置與壁厚測(cè)具測(cè)量位置一致，每個(gè)截面各獲取7個(gè)點(diǎn)用于后續(xù)壁厚計(jì)算。

2.2.2 數(shù)據(jù)對(duì)齊

圖2 對(duì)齊結(jié)果圖

將三維模型導(dǎo)入PolyWorks Inspire，利用最佳擬合對(duì)齊功能完成粗對(duì)齊后，再調(diào)整完成精對(duì)齊。對(duì)齊結(jié)果見(jiàn)圖2，零件外型面與三維模型的差值在-0.03～+0.013mm之間。對(duì)齊后，提取2.2.1中的點(diǎn)坐標(biāo)，見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)型面測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2.3 壁厚計(jì)算

關(guān)節(jié)臂壁厚的檢測(cè)需要具備：a.產(chǎn)品內(nèi)表面坐標(biāo)點(diǎn)；b.內(nèi)表面坐標(biāo)點(diǎn)處法線；c.內(nèi)表面壁厚法線與外型面的交點(diǎn)坐標(biāo)。

圖3 探測(cè)情形示意圖

關(guān)節(jié)臂在用接觸式探測(cè)獲取內(nèi)表面的點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量情形見(jiàn)圖3，測(cè)量軟件獲取關(guān)節(jié)臂鋯石測(cè)頭的球心坐標(biāo)，而非接觸點(diǎn)（即內(nèi)表面坐標(biāo)點(diǎn)）的坐標(biāo)，需要補(bǔ)償鋯石測(cè)頭球心的坐標(biāo)，求得接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。

壁厚計(jì)算可分為三步：

a. 內(nèi)型面坐標(biāo)點(diǎn)補(bǔ)償。對(duì)內(nèi)表面點(diǎn)補(bǔ)償，獲取內(nèi)型面接觸點(diǎn)坐標(biāo)，見(jiàn)表3。若零件為變壁厚產(chǎn)品，根據(jù)理論模型及接觸點(diǎn)坐標(biāo)，可獲取當(dāng)前點(diǎn)的理論厚度，便于判定壁厚的符合性。

表3 內(nèi)型面接觸點(diǎn)坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

b. 接觸點(diǎn)法線獲取。通過(guò)三維測(cè)量軟件PolyWorks Inspire獲取各接觸點(diǎn)法線向量，見(jiàn)表4。

表4 內(nèi)型面接觸點(diǎn)法線向量統(tǒng)計(jì)表

c. 外型面壁厚點(diǎn)獲取。根據(jù)測(cè)頭球心及接觸點(diǎn)法線做直線與外型面相交，求得外型面壁厚點(diǎn)，坐標(biāo)見(jiàn)表5。

表5 外型面壁厚對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

d. 壁厚計(jì)算。根據(jù)表2、表5坐標(biāo)以及鋯石測(cè)頭直徑（6mm），計(jì)算壁厚值。結(jié)果見(jiàn)表6。

由表1壁厚測(cè)量結(jié)果與表6關(guān)節(jié)臂壁厚測(cè)量結(jié)果對(duì)比可知，關(guān)節(jié)臂壁厚測(cè)試結(jié)果與壁厚測(cè)具測(cè)量結(jié)果相當(dāng)，關(guān)節(jié)臂可滿足自由曲面回轉(zhuǎn)體壁厚的精密檢測(cè)。

表6 零件壁厚統(tǒng)計(jì)表 mm

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)，關(guān)節(jié)臂在用于產(chǎn)品壁厚的檢測(cè)時(shí)可適當(dāng)修正，獲取接觸點(diǎn)的坐標(biāo)，并通過(guò)法線找到外表面相應(yīng)的壁厚點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算得出壁厚測(cè)量值。適用于各種產(chǎn)品壁厚的檢測(cè)，在實(shí)際應(yīng)用中，可將同時(shí)具備掃描與探測(cè)功能的關(guān)節(jié)臂拆分成掃描設(shè)備與探測(cè)設(shè)備[1]，拓展掃描及探測(cè)的范圍，滿足各種產(chǎn)品的檢測(cè)需求。

1 陳文軍，馬力禎. 激光跟蹤儀和關(guān)節(jié)臂在SSC-Linac RFQ測(cè)量中的組合應(yīng)用[J]. 核技術(shù)，2015(3)：020403-1～020403-4

Application of FARO Arm in Wall Thickness Measurement

Guo Yuanjun Zhou Xiang zhongzhenrong Deng Yawen

(Jiangbei Machinery Engineering Co., Ltd., Xiaogan 432000)

When Variable wall thickness deep blind hole is detected, the measured value of the wall thickness can be accurately obtained, but can't the accurately theoretical the wall thickness. So the compliance of wall thickness can't be evaluated . To solve the problem, this paper puts forward a kind of wall thickness detection method based on FARO Edge Arm, after the parts are scanned and aligned with the 3D theoretical model, using detection mode to obtain the inner surface point of the part. The theoretical wall thickness is obtained according to the inner surface point and the 3d theoretical model; According to the exterior surface data, the inner surface point and its wall thickness direction to calculate the wall thickness. The two were compared to evaluate the conformity of wall thickness. At the same time, the sample is manufactured and compared with the measured value of the mature detection method, which verifies the correctness of the method and can be popularized for the detection of wall thickness of various parts.

FARO arm；wall thickness；detection；application

郭元軍（1987），工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)；研究方向：產(chǎn)品檢驗(yàn)。

2020-08-25