一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法技术

本申请公开了一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，首先标定工装坐标系，随后通过扫描仪获取待检测管型件的外型面点云图，同时检测离散点的厚度值；通过外型面点云图获取离散点的法向矢量，根据法向矢量对离散点的测头坐标进行补偿，最后根据法向矢量、厚度值和外型面坐标计算与离散点对应的内型面坐标；基于等厚原理，管型件的内型面与其外型面的形状相同，结合管型件的厚度参数、法向矢量以及外型面点云图，通过偏移即可获取内型面结构点，通过上述结构点以及外型面的整体曲线变化构建管型件的内型面；本申请通过接触式和非接触式测量方法获取上述参数，并拟合得出内型面，其不但技术数据全面，同时获取的参数具有较高的准确度。数具有较高的准确度。数具有较高的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法


[0001]本申请涉及型面检测
，具体涉及一种一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法。

技术介绍

[0002]复合材料凭借其比强度、比刚度等性能，在航空航天、船舶和汽车制造等领域的使用占比日益提升；在上述制造领域中大长径比复材管型薄壁件是复合材料的一种重要应用。
[0003]在大长径比复材管型薄壁件的制造、成型过程中，由于使用模具的表面与理论设计型面存在误差，铺丝过程中的铺层厚度与理论厚度存在差异，以及复合材料自身特性因素，导致成型后的薄壁件出现变形，生产过程中需对变形量进行控制及补偿，采用可溯源的数字化测量手段精确获取管型件内外型面的外形结构数据是该过程的重要环节。
[0004]但是对于外形较为弯曲的管型件而言，由于其内部空间限制，无法直线贯穿管型件的内部，因此无论是传统的接触式测量或非接触式测量，即传感器的可达性限制了其测量范围，无法获取内型面的技术参数。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，旨在解决现有技术中存在的无法获取内型面的技术参数的缺陷。
[0006]本申请通过以下技术方案实现上述目的：一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，包括以下步骤：安装接触式测头，通过所述接触式测头标定工装坐标系；获取待检测管型件的外型面点云图，其中所述外型面点云图指在所述工装坐标系下的点云图；确定关于待检测管型件外型面的离散点，获取所述离散点的测头坐标，测量所述离散点处的厚度值；根据所述外型面点云图获取所述离散点的法向矢量，根据所述法向矢量对所述测头坐标进行补偿，获取所述离散点的外型面坐标；根据所述离散点的所述法向矢量、所述厚度值和所述外型面坐标计算与所述离散点对应的内型面坐标；选定若干离散点，对每个所述离散点重复步骤确定关于待检测管型件外型面的离散点，获取所述离散点的测头坐标，测量所述离散点处的厚度值，通过各所述内型面坐标构建待检测管型件的内型面。
[0007]可选的，安装接触式测头，通过所述接触式测头标定工装坐标系，包括以下步骤：安装接触式测头；将待检测管型件安装于检测工装上，获取工装坐标系；
在所述检测工装上选取至少一种几何特征，获取所述几何特征在所述工装坐标系下的基准坐标；通过所述接触式测头获取所述几何特征的测量坐标；根据所述基准坐标和测量坐标获取第一转换关系，根据所述第一转换关系转换测量坐标。
[0008]可选的，获取待检测管型件的外型面点云图，包括以下步骤：建立扫描仪坐标系；获取扫描仪坐标系与所述工装坐标系的第二转换关系；通过扫描机扫描待检测管型件，获取待检测管型件的相关数据；根据所述第二转换关系，将所述数据转换为工装坐标系下的外型面点云数据。
[0009]可选的，确定关于待检测管型件外型面的离散点，获取所述离散点的测头坐标，包括以下步骤：确定若干离散点；通过接触式测头测定所述离散点的检测坐标；根据所述第一转换关系将所述检测坐标转换为各离散点的测头坐标，其中i表示离散点的编号。
[0010]可选的，测量所述离散点的厚度值，包括以下步骤：在待检测管型件的两端选取若干检测点位；通过千分尺检测各所述检测点位的厚度，获取标准厚度值d1；通过待标定测厚装置检测各检测点位的厚度，获取检测厚度值d2；结合所述标准厚度值d1与所述检测厚度值d2对待标定测厚装置进行标定；通过标定后的测厚装置分别测量各离散点的厚度，获取所述离散点的厚度值w。
[0011]可选的，根据所述外型面点云图获取所述离散点的法向矢量，根据所述法向矢量对所述测头坐标进行补偿，获取所述离散点的外型面坐标，包括以下步骤：获取接触式测头的测头半径R，根据所述测头半径R设定筛分阈值；结合所述测头坐标，在所述外型面点云图中获取距离所述离散点最近的点；
[0012]根据所述筛分阈值获取拟合点集；其中所述拟合点集中所有点与点之间的距离均小于筛分阈值；
[0013]通过所述拟合点集构建拟合空间曲面；选取所述拟合空间曲面中与所述离散点距离最近的点作为终点，所述终点与所述离散点的连线即为该离散点的法向矢量；根据所述法向矢量对所述离散点的测头坐标进行补偿，获取所述离散点的外型面坐标。
[0014]可选的，拟合空间曲面的模型表达式为：；其中，为三次曲面方程的各项系数，x、y、z为曲面上的各点坐标值。
[0015]可选的，根据所述离散点的所述法向矢量、所述厚度值和所述外型面坐标计算与所述离散点对应的内型面坐标，包括以下步骤：
建立所述离散点的K邻域，获取K邻域内m个随机样本的测量厚度集合和测量厚度值；根据所述测量厚度集合和测量厚度值计算随机样本点采样实验的标准偏差，所述标准偏差满足；其中m表示随机样本个数，S
i
表示第i个随机样本的计算厚度值，表示测量厚度值；
[0016]计算所述厚度值w和所述测量厚度值的差值e，若，则将所述测量厚度值作为所述离散点的实际厚度值；若不满足，则缩小邻域K半径，并重复步骤建立所述离散点的K邻域，获取K邻域内m个随机样本的测量厚度集合和测量厚度值，直至满足；
[0017]根据所述离散点的所述法向矢量和所述实际厚度值对所述外型面坐标进行修正，获取所述离散点的内型面坐标。
[0018]可选的，获取K邻域内m个随机样本的测量厚度集合和测量厚度值，包括以下步骤：在K邻域内随机确定m个随机采样点，在所述m个随机样本选择第i个随机采样点作为检测点；通过测厚装置对所述第i个随机采样点处厚度值进行n次测量，获取n个第i个该随机采样点的实测厚度值；筛除n个实测厚度值中的失真值，通过筛选后的实测厚度值计算所述随机采样点的计算厚度值；重复在所述m个随机样本选择第i个随机采样点作为检测点，直至获取所有随机采样点的计算厚度值；根据各所述随机采样点的计算厚度值获取测量厚度集合和测量厚度值。
[0019]可选的，计算厚度值满足公式，其中D
i，j
表示对第i个样本位置进行的第j次测量所得的厚度值，l表示失真值个数；所述测量厚度值为测量厚度集合的均值。
[0020]与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请首先标定工装坐标系，随后通过扫描仪获取待检测管型件的外型面点云图，同时检测离散点的厚度值；通过外型面点云图获取离散点的法向矢量，并根据所述法向矢量对离散点的测头坐标进行补偿，最后根据所述法向矢量、所述厚度值和所述外型面坐标计算与所述离散点对应的内型面坐标；基于等厚原理，管型件的内型面与其外型面的形状相同，结合管型件的厚度参数以及法向矢量以及扫描得到的外型面点云图，通过偏移即可快速获取大量的内型面结构点，进而通过上述结构点以及外型面的整体曲线变化快速构建管型件的内型面；而外型面点云图的获取可以通过扫描设备或其他非接触式设备快速获取，其不但获取的速度快，有利于提高构建效率；同时与内型面被遮挡相比，外型面的获取没有任何遮挡，尽可能降低了测量方法实施的难度，有利于提高工作效率，同时遮挡物的减少也有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：安装接触式测头，通过所述接触式测头标定工装坐标系；获取待检测管型件的外型面点云图，其中所述外型面点云图指在所述工装坐标系下的点云图；确定关于待检测管型件外型面的离散点，获取所述离散点的测头坐标，测量所述离散点的厚度值；根据所述外型面点云图获取所述离散点的法向矢量，根据所述法向矢量对所述测头坐标进行补偿，获取所述离散点的外型面坐标；根据所述离散点的所述法向矢量、所述厚度值和所述外型面坐标计算与所述离散点对应的内型面坐标；选定若干离散点，对每个所述离散点重复步骤确定关于待检测管型件外型面的离散点，获取所述离散点的测头坐标，测量所述离散点处的厚度值，通过各所述内型面坐标构建待检测管型件的内型面。2.根据权利要求1所述的一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，其特征在于，所述通过所述接触式测头标定工装坐标系，包括以下步骤：安装接触式测头；将待检测管型件安装于检测工装上，获取工装坐标系；在所述检测工装上选取至少一种几何特征，获取所述几何特征在所述工装坐标系下的基准坐标；通过所述接触式测头获取所述几何特征的测量坐标；根据所述基准坐标和测量坐标获取第一转换关系，根据所述第一转换关系转换测量坐标。3.根据权利要求1所述的一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，其特征在于，所述获取待检测管型件的外型面点云图，包括以下步骤：建立扫描仪坐标系；获取扫描仪坐标系与所述工装坐标系的第二转换关系；通过扫描机扫描待检测管型件，获取待检测管型件的相关数据；根据所述第二转换关系，将所述数据转换为工装坐标系下的外型面点云数据。4.根据权利要求2所述的一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，其特征在于，所述确定关于待检测管型件外型面的离散点，获取所述离散点的测头坐标，包括以下步骤：确定若干离散点；通过接触式测头测定所述离散点的检测坐标；根据所述第一转换关系将所述检测坐标转换为各离散点的测头坐标，其中i表示离散点的编号。5.根据权利要求1所述的一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，其特征在于，所述测量所述离散点的厚度值，包括以下步骤：在待检测管型件的两端选取若干检测点位；通过千分尺检测各所述检测点位的厚度，获取标准厚度值d1；
通过待标定测厚装置检测各检测点位的厚度，获取检测厚度值d2；结合所述标准厚度值d1与所述检测厚度值d2对待标定测厚装置进行标定；通过标定后的测厚装置分别测量各离散点的厚度，获取所述离散点的厚度值w。6.根据权利要求1所述的一种大长径比复合材料管型薄壁件的内型面测量方法，其特征在于，所述根据所述外型面点云图获取所述离散点的法向矢量，根据所述法向矢量对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈正阳，张俐，聂海平，杨林志，陈洪宇，申皓，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：