3-D打印的计量特征几何形状与检测制造技术

公开了用于实施3

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3
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D打印的计量特征几何形状与检测
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年10月21日提交的标题为“3D Printed Metrology Feature Geometry And Detection”的美国临时专利申请No.63/094,848和2021年10月19日提交的标题为“3
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D Printed Metrology Feature Geometry And Detectio”的美国临时专利申请No.17/505,596的权益和优先权，所述专利申请的内容通过引用并入，如同在本文完全阐述一样。


[0003]本公开通常涉及制造，更具体地说，涉及使用3
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D打印计量特征的产品组装。

技术介绍

[0004]传统上，制造商在将待组装的装置(比如飞机或汽车)的组成零件联结在一起时使用组装线或人工密集型方法。然而，随着机器人技术和加工装置的复杂性不断增加，零件的自动化组装变得越来越受欢迎。
[0005]自动化组装成功的重要先决条件包括测量零件和对零件的位置进行适当调整的能力。在可能使用多个机器人的自动化环境中，以协调的方式接近零件以执行这些测量变得具有挑战性。在零件包含复杂形状或需要高精度测量的情况下，问题的复杂性可能更明显。
[0006]此外，使组装过程自动化可能需要在待组装的零件的位置处使用机器人。在由此产生的有限区域中协调测量和组装使得需要避免不同机器所执行的任务之间的干扰。常规测量装置的局限性以及在较小空间中使用更多装备的需求对组装过程的可实现的效率和准确度产生限制。在已经杂乱的组装环境中，有限的物理空间可能进一步限制对零件的接近，从而导致整体制造不灵活。

技术实现思路

[0007]以下给出了一个或更多个方面的简要概述，以便提供对这些方面的基本理解。该概述不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在识别所有方面的关键要素或重要要素，也不旨在描绘任何方面或所有方面的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一个或更多个方面的一些概念，作为后续呈现的更详细描述的序言。
[0008]所组装的零件的计量精度是成功建造车辆、飞机、船舶或其他运输结构的重要先决条件。出于这个原因，可以在部件上放置标记或其他特征，以使得测量系统能够实现精确的值，用于确定例如部件是否被准确地定向和定位成用于与另一个零件(词语“零件”和“部件”在本公开中可以互换使用并且通常指的是要与另一个结构联结的结构)联结。这一程序的一个限制涉及制造过程本身的性质。在使用机械加工和铸造来制造部件的情况下，例如，可以内置到部件中的计量特征的可允许的复杂性可能是有限的。在一些情况下，使用传统的减材制造来生产计量特征可能变得非常昂贵或耗时。在其他情况下，计量特征可以通过
单独的组装过程与零件物理地结合，这进一步增加了整体组装过程的成本和复杂性。
[0009]在组装期间，在时间和空间上恰当地协调任务(包括待组装的部件的测量和对准)与其他任务可能同样具有挑战性。在使组装部分自动化或完全自动化的自动化制造工厂中，准确的测量技术可能变得更加困难。工厂可能使用工作站和机器人或任何性质的自动化设备(通常为“机器人”)。用于对准不同部件以与其他零件联结或进行精确测量的现有可用装备通常是不够的。例如，现有的测量装置或机器人可能需要在组装期间在一个或多个点处接触零件以检索测量值。这种接触可能会干扰其他必要的任务(包括零件的稳定和定位)。组装单元的局部性质可能对装备的使用产生进一步的约束，限制其性能。组装单元的潜在拥挤性质以及能够充分用作部件上的参考点的计量特征的固有限制仅仅是本公开的一个或更多个特征所解决的问题中的几个。
[0010]响应于上述挑战，介绍了本公开的各方面，以实现用于车辆、飞机、航天器或其他结构的部分或完全地无固定件组装过程。在各种实施例中，可以使用无接触计量设备来显著降低组装过程中的上述复杂性。通过使用用3
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D打印部件打印的独特计量特征可以部分地或全部地实现无接触计量。例如，这些计量特征可以允许远程测量装置使用激光检测器或其他光源以使用打印特征来收集计量数据。在各个方面中，测量装置可以将平面检测(例如，被测量的部件的平面)和计量特征检测(例如，球形部分)相结合，以去除背景数据并且运行识别部件内的计量特征位置的算法。
[0011]在本公开的一个方面中，公开了一种3
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D打印部件。该部件包括布置在部件的表面上的不同特征位置处的多个计量特征。计量特征被配置成使测量设备能够检测特征位置并且基于检测到的特征位置至少确定部件位置或部件定向。计量特征中的每一个与部件一起打印。
[0012]在本专利技术的另一个方面中，一种设备包括用于3
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D打印部件的测量装置。该部件包括布置在部件的表面上的不同特征位置处的多个打印计量特征。测量装置被配置成检测打印的计量特征的特征位置并且基于检测到的特征位置至少确定部件位置或部件定向。
[0013]为了实现前述及相关目标，一个或更多个方面包括在下文充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下的描述和附图详细地阐述了一个或更多个方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅指示了可以采用各个方面的原理的各种方式中的一些方式，并且本描述旨在包括所有这些方面及其等效物。
附图说明
[0014]图1是使用联结系(join frame)经由无接触程序联结的两个零件的概念图。
[0015]图2是示出使用球体的突出部分或凹陷部分形成的不同计量特征的透视示例的图。
[0016]图3是示出计量特征的横截面的图，该计量特征的特征位置被配置成用于通过激光进行测量。
[0017]图4是具有计量特征的3
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D打印部件的示例。
[0018]图5是示出用于联结零件的组装单元的示例的俯视图，其使用检测计量特征的测量装置。
[0019]图6是示出用于联结零件的组装单元的示例的透视图，其使用检测计量特征的测
量装置。
[0020]图7是组装单元的示例部分的透视图。
[0021]图8是组装单元的示例部分的侧视图。
[0022]图9是示例性组装装备的透视图。
[0023]图10是示例性组装装备的另一个透视图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图下面结合附图阐述的详细说明旨在描述各种构造，而并不旨在表示可以实施本文所述的概念的唯一构造。出于提供对各种概念的透彻理解的目的，详细描述包括具体的细节。然而，对于本领域技术人员而言清楚明白的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些概念。在一些情况下，众所周知的结构和部件以框图形式示出，以便避免模糊这些概念。
[0025]在本公开的一个方面中，可以在3
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D打印部件的表面内3
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D打印几何形状。几何形状可以有助于测量装置检测部件上的坐标系。几何形状(在本文被称为计量特征)可以与部件一起3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种3
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D打印部件，其包括：多个计量特征，所述多个计量特征被布置在部件的表面上的不同特征位置处，并且所述多个计量特征被配置成使得测量装置能够检测特征位置并且基于检测到的特征位置至少确定部件的部件位置或部件定向，其中，所述计量特征中的每一个与部件一起打印。2.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个计量特征包括三个计量特征，其中，所述三个计量特征被配置成使得所述测量装置能够对所述特征位置进行三角测量。3.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，并且所述第一计量特征的形状包括球体的一部分。4.根据权利要求3所述的3
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D打印部件，其中，所述球体的该部分包括从表面突出的球形部分或从表面凹陷的球形部分。5.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述计量特征中的至少一个至少包括圆锥体或棱锥体。6.根据权利要求5所述的3
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D打印部件，其中，所述棱锥体包括三面棱锥体或四面棱锥体。7.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述部件包括节点。8.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个计量特征中的每一个位于来自测量装置的能量束的入射角度的范围内的表面上，角度的范围是能相对于垂直于所述表面的坐标轴测量的并且表示测量装置的最大视场。9.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个计量特征中的每一个的形状和位置被选择以允许机器人同时地或按顺序地接触部件以稳定、重新定向或重新定位部件。10.根据权利要求9所述的3
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D打印部件，其中，能够在稳定、重新定向或重新定位事件期间进行测量，而不必使机器人与部件脱离。11.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，其中，所述第一计量特征的位置被选择以允许多于一个的机器人同时地或选择性地按顺序接近部件以执行一种或更多种功能。12.根据权利要求11所述的3
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D打印部件，其中，所述一种或更多种功能包括附接或移除机械固定件、将部件与另一个零件对准、施加粘合剂、使用工具、打磨部件或对部件进行机械加工。13.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，所述第一计量特征与部件上的接合特征具有最小的偏离距离，使得能够同时执行抓取功能和测量功能。14.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述计量特征中的至少一个被配置成在组装部件之后被移除。15.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述计量特征被配置成能够从测量装置进行无接触测量。16.根据权利要求1所述的3
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D打印部件，其中，所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：基思，
申请(专利权)人：戴弗根特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：