本發(fā)明涉及一種蜂窩芯類(lèi)零件孔特征的孔心位置測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

蜂窩芯材料，指類(lèi)似蜜蜂巢穴在結(jié)構(gòu)上呈空心六方晶格，有規(guī)則的排列的填充材料。此種材料具有重量輕、穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高^[1]等特點(diǎn)，作為填充材料廣泛的應(yīng)用在航空航天、現(xiàn)代造船等工業(yè)領(lǐng)域。

對(duì)蜂窩芯特征檢測(cè)，李慧娟[2]等采用三種光學(xué)測(cè)量方法對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)中模擬脫粘缺陷進(jìn)行檢測(cè)，但作者并未涉及到孔特征測(cè)量；萬(wàn)谷[3]針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣中蜂窩芯材料提出了采用基于伸縮式圓柱形測(cè)針的接觸式電感傳感器作為表面幾何公差的測(cè)量手段，但此種方法僅針對(duì)環(huán)形蜂窩芯有較好效果；李智[4]針對(duì)蜂窩陶瓷提出一種線陣CCD攝像機(jī)對(duì)蜂窩陶瓷掃描以獲取圖像的方式分析測(cè)量，但該論文只考慮了邊緣檢測(cè)。目前利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量孔位等參數(shù)，在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。通常測(cè)量方法為采用手動(dòng)操作或程序控制選取幾個(gè)孔壁上點(diǎn)，通過(guò)軟件擬合得到孔的相關(guān)參數(shù)。但此種方法只適用于常規(guī)材料的孔特征測(cè)量，對(duì)蜂窩芯類(lèi)零件孔特征測(cè)量無(wú)能為力。因?yàn)榉涓C芯類(lèi)零件孔特征截面如圖1所示，并無(wú)完整孔壁，通常測(cè)量方法無(wú)法獲取孔壁點(diǎn)。

[1]Cheong T W,Zheng L W.Vibroacoustic performance of composite honeycomb structures[J].Noise control engineering journal,2006,54(4):251-262；

[2]李慧娟，霍雁，蔡良續(xù)，等.不同光學(xué)方法對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)中脫粘缺陷檢測(cè)[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2010,47(11)：89-94；

[3]萬(wàn)谷.航空發(fā)動(dòng)機(jī)蜂窩表面跳動(dòng)和同軸度測(cè)量技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015；

[4]李智.三元催化器蜂窩陶瓷載體質(zhì)量的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)研究[D].江西理工大學(xué)，2015。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量難點(diǎn)，提出一種測(cè)量精度高，操作簡(jiǎn)單的基于三坐標(biāo)測(cè)量的蜂窩芯類(lèi)零件孔特征測(cè)量方法。技術(shù)方案如下：

一種蜂窩芯類(lèi)零件孔特征的測(cè)量方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟1：計(jì)算孔特征理想孔壁與蜂窩芯的交點(diǎn)最小角度范圍α；

步驟2：以O(shè)₀為初估孔心，孔端面作為基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上孔的五等分線處各設(shè)一個(gè)圓心角為α的扇面作為采樣區(qū)，在五個(gè)采樣區(qū)內(nèi)分別均勻采樣測(cè)量a個(gè)點(diǎn)，測(cè)量矢量為孔心O₀在圓心角α內(nèi)等分射線矢量；

步驟3：分別搜索五個(gè)采樣區(qū)內(nèi)距離孔心O₀最近的點(diǎn)，并以此五個(gè)點(diǎn)擬合得到近似孔心O_a；

步驟4：以O(shè)_a為初始孔心，孔端面作為基準(zhǔn)面，在上述五個(gè)最近點(diǎn)處各設(shè)一個(gè)圓心角為的扇面作為新的采樣區(qū)，在五個(gè)新的采樣區(qū)分別均勻密集采樣測(cè)量m個(gè)點(diǎn)，測(cè)量矢量為孔心O_a在圓心角內(nèi)等分射線矢量；

步驟5：分別搜索五個(gè)新的采樣區(qū)內(nèi)距離孔心O_a最近的點(diǎn)，并以此五個(gè)點(diǎn)作為近似孔壁點(diǎn)，擬合得到精確孔心O_m。

進(jìn)一步的，所述角度α范圍內(nèi)僅存在一個(gè)理想孔壁與蜂窩芯的交點(diǎn)，即α圓心角對(duì)應(yīng)孔的弦長(zhǎng)等于單個(gè)蜂窩孔的最大尺寸，則

其中，R為理論孔半徑，l為蜂窩孔最長(zhǎng)對(duì)角線。

更進(jìn)一步的，樣測(cè)量a的取值方法為：當(dāng)R＜10l時(shí)，3<a<5；當(dāng)R＞10l時(shí)，1<a<3。

更進(jìn)一步的，根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩芯類(lèi)零件孔特征的測(cè)量方法，其特征在于，還包括計(jì)算測(cè)量的軸向誤差δ：用球半徑為r的測(cè)針球，在精確孔心O_m的圓心角α范圍內(nèi)均勻采樣測(cè)量n個(gè)點(diǎn)，則：

δ＝r-r₁-r₂

其中，r₁為測(cè)針球過(guò)球心的截面圓與孔在基準(zhǔn)面上圓的兩交點(diǎn)間的弦到截面圓孔心的弦心距，r₂為該弦到截面圓的拱高。

本發(fā)明的有益效果是：利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)尋找孔壁最近點(diǎn)，在最近點(diǎn)基礎(chǔ)繼續(xù)逼近蜂窩芯類(lèi)零件孔壁，通過(guò)近似孔壁點(diǎn)擬合獲得孔心參數(shù)；并根據(jù)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針參數(shù)、蜂窩芯參數(shù)以及孔特征理論數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)量方法的極限誤差進(jìn)行了分析，大大的提高了測(cè)量精度，具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性好的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為孔特征截面示意圖。

圖2為α角度內(nèi)理想孔壁與蜂窩芯的交點(diǎn)示意圖。

圖3為α角度極限位置。

圖4為五個(gè)測(cè)量區(qū)域示意圖。

圖5為軸向δ誤差示意圖。

圖6測(cè)針球半徑分解示意圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本方法是利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)密集逼近孔壁并獲得大量的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)，再通過(guò)測(cè)量點(diǎn)擬合獲得孔心參數(shù)。這種方法的關(guān)鍵是確定包含孔壁的最小圓心角范圍，在此范圍內(nèi)密集測(cè)量，選取距離孔心位置最近的測(cè)量點(diǎn)作為近似孔壁點(diǎn)。

具體步驟如下：

步驟1：計(jì)算孔特征理想孔壁與蜂窩芯的交點(diǎn)最小角度范圍α。

為保證在α角度范圍內(nèi)存在至少一個(gè)理想孔壁與蜂窩芯的交點(diǎn)，如圖2所示，則需圓心角α對(duì)應(yīng)孔的弦長(zhǎng)不小于單個(gè)蜂窩孔的最大尺寸l(最長(zhǎng)對(duì)角線尺寸)。為了減少測(cè)量范圍，α取值與蜂窩孔的最大尺寸相等，即在α角度范圍內(nèi)僅存在一個(gè)理想孔壁與蜂窩芯的交點(diǎn)，也即α圓心角對(duì)應(yīng)孔的弦長(zhǎng)等于單個(gè)蜂窩孔的最大尺寸。極限情況如圖3所示?？汕蟮忙粒?/p>

其中，R為理論孔半徑，l為蜂窩孔最長(zhǎng)對(duì)角線。

步驟2：以初估孔心位置O₀作為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針的初始位置，孔端面作為基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上圓的五等分線處各設(shè)一個(gè)圓心角為α的扇面作為采樣區(qū)，如圖4所示，在五個(gè)采樣區(qū)內(nèi)分別均勻采樣測(cè)量a個(gè)點(diǎn)，測(cè)量矢量為孔心O₀在圓心角α內(nèi)等分射線矢量。

五區(qū)域測(cè)量意義及a值確定：

由于測(cè)量孔會(huì)發(fā)生傾斜，截面為橢圓特征。平面內(nèi)至少需要五個(gè)點(diǎn)才能確定橢圓方程，進(jìn)而計(jì)算孔心位置。測(cè)量過(guò)程中測(cè)量誤差均為徑向向外，在五等分位置測(cè)量可有效降低擬合近似孔心的位置誤差。

a值確定應(yīng)綜合考慮兩個(gè)方面，當(dāng)R＜10l時(shí)，建議a取值3～5之間；當(dāng)R＞10l時(shí)，建議a取值1～3之間。

步驟3：分別搜索五個(gè)采樣區(qū)內(nèi)距離孔心O₀最近的點(diǎn)(a_short1,a_short2,a_short3,a_short4,a_short5)，并以此五個(gè)點(diǎn)擬合得到初始心O_a。

通過(guò)五個(gè)點(diǎn)擬合孔心：設(shè)平面內(nèi)一般橢圓方程為：Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey+1＝0，將五個(gè)點(diǎn)帶入即可得到橢圓方程，則孔心坐標(biāo)為：O＝[(BE-2CD)/(4AD–B²)，(BD–2AE)/(4AD–B²)]。

擬合近似孔心O_a的目的包括兩個(gè)方面，一是降低初估孔心位置的偏差對(duì)擬合孔心位置的影響，二是減少測(cè)量角度范圍，降低工作量。

步驟4：以O(shè)_a位置作為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)針的初始位置，孔端面作為基準(zhǔn)面，在五個(gè)最近點(diǎn)(a_short1,a_short2,a_short3,a_short4,a_short5)處各設(shè)一個(gè)圓心角為的扇面作為新的采樣區(qū)，在五個(gè)新的采樣區(qū)分別均勻采樣測(cè)量m個(gè)點(diǎn)，測(cè)量矢量為孔心O_a在圓心角內(nèi)等分射線矢量。

步驟5：分別搜索五個(gè)新的采樣區(qū)內(nèi)距離孔心O_a最近的點(diǎn)(m_short1,m_short2,m_short3,m_short4,m_short5)，并以此五個(gè)點(diǎn)作為近似孔壁點(diǎn)，擬合得到精確的孔心坐標(biāo)O_m。

本測(cè)量方法的誤差來(lái)源為測(cè)量點(diǎn)與實(shí)際孔壁的距離誤差。誤差又分為孔的軸向和徑向兩個(gè)方向。在徑向方向孔傾斜造成的誤差，由于傾斜角度較小，測(cè)針球半徑也遠(yuǎn)小于孔徑，產(chǎn)生誤差可忽略不計(jì)；而在軸向方向均勻采樣過(guò)程點(diǎn)數(shù)m增大時(shí)，測(cè)量點(diǎn)會(huì)接近孔壁上的點(diǎn)，但仍有誤差，誤差示意圖如圖5所示，δ即為軸向誤差。

設(shè)δ為測(cè)量誤差，測(cè)針球半徑為r，在角度α內(nèi)均勻采樣點(diǎn)為n個(gè)。將測(cè)針球半徑分解后如圖6所示，誤差δ可由球半徑r與弦心距r₁、拱高r₂間幾何關(guān)系求得，其中，r₁為測(cè)針球過(guò)球心的截面圓與基準(zhǔn)面上圓的兩交點(diǎn)間的弦到截面圓孔心的弦心距，r₂為該弦到截面圓的拱高。

δ＝r-r₁-r₂