本发明专利技术公开一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其包括：第一夹具与第二夹具，两者用于分别固定换向前和换向后的封闭曲面构件，两者结构相同且能够进行相对运动；位姿检测单元，用于检测第一夹具、第二夹具以及封闭曲面构件的位置及姿态；位姿调整单元，用于调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态，其通过多轴联动，并借助夹具位姿检测单元获取的夹具位姿信息，将第一夹具与第二夹具调整为换向装夹位姿。本发明专利技术还公开了基于上述换向装夹定位系统的换向装夹定位方法，用于封闭曲面构件的换向，换向装夹精度高，无测量盲区，能够有效提高封闭曲面构件全表面测量效率和测量精度。精度。精度。
【技术实现步骤摘要】
封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统及方法
[0001]本专利技术属于曲面构件测量
，具体涉及一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统及方法。
技术介绍
[0002]封闭曲面构件表面面形复杂，自由度多，精密加工的封闭曲面构件具有良好的光学性能，广泛应用于光学系统、航空航天、机械电子、天文观测等领域。封闭曲面构件超精密加工是加工、测量与补偿加工反复进行的过程，高精度的检测技术是实现精密加工的基础。封闭曲面构件全表面的测量对于检测加工缺陷，提高加工质量具有重要意义。目前对于曲面构件的检测方法主要分为接触式和非接触式，其中接触式的测量方法采用逐点扫描的方式进行测量，具有代表性的是扫描隧道显微镜和原子力显微镜，分别通过检测探针与构件表面之间的作用力和电流实现检测目的。非接触式测量方法属于无损检测，具有代表性的是白光干涉仪，通过干涉条纹检测表面形貌。
[0003]白光干涉仪、扫描隧道显微镜或原子力显微镜等设备的换向测量过程均是通过转动载物台实现的，具有以下几个方面的不足：(1)检测范围有限，通过载物台换向均不能检测到设备与封闭曲面构件装夹的盲区，不适用于封闭曲面构件的全表面检测；(2)测量精度低，白光干涉仪与扫描隧道显微镜等设备检测曲面构件通过转动仪器载物台实现，对于封闭曲面的侧面检测精度低；(3)换向难度高，数据量大，现有仪器通过多次测量，拼接数据得到表面形貌的测量方法受限于拼接精度，对于尺寸过大的构件，数据处理量大，精度低；对于尺寸较小的构件，换向装夹难度高。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对上述技术问题，提出了基于位移传感器扫描的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，通过该系统转换构件测量角度，完成构件表面盲区的测量，并优化定位方法，简化测量流程与数据处理过程，实现封闭曲面构件的全表面精确测量。
[0005]本专利技术的专利技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其包括：
[0007]第一夹具与第二夹具，两者用于分别固定换向前和换向后的封闭曲面构件，两者结构相同且能够进行相对运动；
[0008]位姿检测单元，用于检测第一夹具、第二夹具以及封闭曲面构件的位置及姿态；
[0009]位姿调整单元，用于调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态，其通过多轴联动，并借助夹具位姿检测单元获取的夹具位姿信息，将第一夹具与第二夹具调整为换向装夹位姿。
[0010]作为优选，所述第一夹具与第二夹具均为真空吸附夹具，第一夹具的端部具有第一吸附头，第二夹具的端部具有第二吸附头，两个吸附头分别连通不同的真空管路；当第一夹具与第二夹具处于换向装夹位姿时，第一吸附头与第二吸附头对封闭曲面构件的吸附位
分别为第一吸附位及第二吸附位，两个吸附位不同区域且无重叠范围。上述方案能够有效消除测量盲区，实现封闭曲面构件全面形测量。
[0011]作为优选，所述第一吸附位与第二吸附位的中心连线经过封闭曲面构件的质心；所述第二吸附位为换向前封闭曲面构件面形测量起始位，所述第一吸附位为换向后封闭曲面构件面形测量的起始位。通过优化换向角度，设定第一吸附位与第二吸附位的位置，在保证装夹稳定的同时可以提高测量效率，两次测量即可实现封闭曲面构件全面形测量，且方便后续数据拼接。
[0012]作为优选，所述夹具位姿调整单元包括第一载物台、第二载物台及载物架，其中第一夹具设于第一载物台，第二夹具设于第二载物台，第一载物台与第二载物台能够进行相对运动，以调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态。
[0013]作为优选，所述第二载物台包括Z轴滑座及滑动设置在Z轴滑座上的Z轴滑块，该Z轴滑块能够在Z轴滑座上沿Z轴方向往复滑动；Z轴滑块上固设有X轴滑座，X轴滑座上滑动设置有X轴滑块，该X轴滑块能够在X轴滑座上沿X轴方向往复滑动；X轴滑块上设有一B轴运动台，该B轴运动台能够绕B轴自转，且B轴垂直于X轴及Z轴，第二夹具设于B轴运动台。
[0014]作为优选，所述第一载物台包括Y轴运动台，Y轴运动台能够沿Y轴方向往复移动，Y轴运动台上设C轴运动台，该C轴运动台能够绕C轴自转，且C轴平行于Z轴；第一夹具设于C轴运动台。
[0015]作为优选，所述位姿检测单元包括第一CCD相机、第二CCD相机、第一调平测头及第二调平测头；其中第一CCD相机及第二CCD相机均设置在载物架上，并分别位于封闭曲面构件的水平方向与垂直方向上；第一调平测头设于B轴运动台上，用于测量第一夹具的位姿，并与第二夹具间隔设置；第二调平测头设于载物架上，且其测量头指向B轴运动台，以测量第二夹具的位姿。
[0016]作为优选，所述B轴运动台上还设有面形测头，所述面形测头的测量头及第一调平测头的测量头及第二夹具的吸附头均沿B轴运动台的径向指向外侧。
[0017]作为优选，所述面形测头的测量头与第二夹具的吸附头背离设置，间隔180度；所述第一调平测头的测量头与面形测头的测量头及第二夹具的吸附头均间隔90度。面形测头、第一调平测头及第二夹具均集成在B轴运动台上，并采用上述位置关系，通过一个载物台的多轴联动即可实现面形测量、第一夹具位姿测量、第二夹具位姿调整，结构紧凑，运行高效。
[0018]一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位方法，其包括以下步骤：
[0019]步骤一，测量第一夹具位姿，并记录第一夹具位姿数据，该位姿数据包括位置数据及姿态数据，根据该位姿数据设定第二夹具的目标位姿数据；
[0020]步骤二，测量调整第二夹具位姿，并获取第二夹头实测位姿数据，该实测位姿数据数据包括位置数据和姿态数据；将该实测位姿数据与步骤一中的目标位姿数据进行比对，并确定调整方案；根据调整方案，通过第二载物台的多轴联动调整第二夹具位姿；调整后再测量再比对，若第二夹具位姿调整至目标位姿，则停止调整，若未调整至目标位姿，则继续调整、测量、比对，直至第二夹具调整至目标位姿；
[0021]步骤三，第二夹具调整至目标位姿后，第一夹具与第二夹具配合对封闭曲面构件进行换向装夹。
[0022]作为优选，所述步骤二中测量第二夹具位姿的方法为：驱动Z轴滑块、X轴滑块及B轴运动台，借助第一CCD相机与第二CCD相机粗调第二夹具的位姿，使第二夹具的第二吸附头与第一夹具的第一吸附头位于同一平面，并使第二吸附头指向封闭曲面构件；沿X轴方向调整第二调平测头的位置，使第二夹具位于第二调平测头的测量范围内；驱动Z轴滑块，利用第二调平测头测量第二夹具位姿，并记录该实测位姿数据。
[0023]作为优选，所述步骤三中对封闭曲面构件进行换向装夹的方法为：在第一CCD相机与第二CCD相机的监测下，驱动Z轴滑块，使第二夹具逐渐靠近封闭曲面构件，连通第二夹具真空管路，断开第一夹具真空管路，第二夹具吸附封闭曲面构件，第一夹具卸载封闭曲面构件；整个换向装夹过程在第一CCD相机及第二CCD相机的监测下完成，保证第二夹具与封闭曲面构件距离满足吸附要求的同时，避免第二夹具与封闭曲面构件碰撞；第二夹具吸附封闭曲面构件后，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，包括：第一夹具与第二夹具，两者用于分别固定换向前和换向后的封闭曲面构件，两者结构相同且能够进行相对运动；位姿检测单元，用于检测第一夹具、第二夹具以及封闭曲面构件的位置及姿态；位姿调整单元，用于调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态，其通过多轴联动，并借助夹具位姿检测单元获取的夹具位姿信息，将第一夹具与第二夹具调整为换向装夹位姿。2.根据权利要求1所述的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，所述第一夹具与第二夹具均为真空吸附夹具，第一夹具的端部具有第一吸附头，第二夹具的端部具有第二吸附头，两个吸附头分别连通不同的真空管路；当第一夹具与第二夹具处于换向装夹位姿时，第一吸附头与第二吸附头对封闭曲面构件的吸附位分别为第一吸附位及第二吸附位，两个吸附位不同区域且无重叠范围。3.根据权利要求2所述的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，所述第一吸附位与第二吸附位的中心连线经过封闭曲面构件的质心；所述第二吸附位为换向前封闭曲面构件面形测量起始位，所述第一吸附位为换向后封闭曲面构件面形测量的起始位。4.根据权利要求1
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3任一项所述的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，所述夹具位姿调整单元包括第一载物台、第二载物台及载物架，其中第一夹具设于第一载物台，第二夹具设于第二载物台，第一载物台与第二载物台能够进行相对运动，以调整第一夹具与第二夹具的相对位置及姿态。5.根据权利要求4所述的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，所述第二载物台包括Z轴滑座及滑动设置在Z轴滑座上的Z轴滑块，该Z轴滑块能够在Z轴滑座上沿Z轴方向往复滑动；Z轴滑块上固设有X轴滑座，X轴滑座上滑动设置有X轴滑块，该X轴滑块能够在X轴滑座上沿X轴方向往复滑动；X轴滑块上设有一B轴运动台，该B轴运动台能够绕B轴自转，且B轴垂直于X轴及Z轴，第二夹具设于B轴运动台。6.根据权利要求5所述的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，所述第一载物台包括Y轴运动台，Y轴运动台能够沿Y轴方向往复移动，Y轴运动台上设有C轴运动台，该C轴运动台能够绕C轴自转，且C轴平行于Z轴；第一夹具设于C轴运动台。7.根据权利要求6所述的封闭曲面构件全表面测量换向装夹定位系统，其特征在于，所述位姿检测单元包括第一CCD相机、第二CCD相机、第一调平测头及第二调平测头；其中第一CCD相机及第二CCD相机均设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈远流，曹中浩，陈甫文，居冰峰，杜凯，张海军，李国，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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