复杂空间曲面自动化检测专题实验室草案

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1、复杂空间曲面自动化检测专题实验室草案单位：北京航科发动机控制系统科技有限公司日期：2012年2月12日随着高新技术的发展，复杂曲面的应用也越来越广泛，其应用主要取决于两个方面：一方面是力学特性和功能的需要，使设备满足特定的性能要求，这就要求产品形面达到高精度的数学特征；另一方面是外观美学效果的需要，满足人们对产品外形的需求。曲面是相对于平面而言，复杂曲面是相对圆柱面，球面和锥面等简单曲面而言。在工程实践中，复杂曲面可分为规则复杂曲面和自由曲面。复杂刀具，齿轮，凸轮等典型零件的型面属于规则复杂曲面；而模具型

2、腔，涡轮机叶片，各种零件外壳等的型面则为自由型面。在工程中，为了获得特定的功能或满足某种机理，常将一个整体造型的曲面人为的分割成几片，基于此，复杂曲面又可分为连续型复杂曲面和非连续型复杂曲面。非连续型复杂曲面又称为断续曲面，其典型代表有滚刀，剃齿刀等复杂刀具的工作表面。复杂曲面测量技术历来是几何量计量检测技术中的一项重要研究课题。传统的研究内容主要注重于被测曲面质量指标的获取与评判，即曲面测量的主要目的是为了获取曲面的质量信息。近几十年来，随着反求工程（又称逆向工程）的兴起，复杂曲面测量技术的研究增加了新

3、的内容，曲面测量的目的不只是为了评定曲面质量，而且要求获取曲面的几何形状信息。虽然曲面的测量目的各异方法众多，但曲面→曲线→点集→测点集的分解次序始终是实现复杂曲面测量的基本思路。基于对各种曲面测量方式的分析，整体上可将复杂曲面测量划分为以下三种模式：（1）模式A：通过测量曲面上的一些特征线，根据对被测特征线的评定来反映曲面的质量。（1）模式B：通过测量分布在曲面上的一系列点获取被测曲面的轮廓度误差，并以此评定曲面的质量。（2）模式C：通过测量分布在曲面上的一系列点，提取曲面原始形状信息，通过信息重构被测

4、曲面，实现被测曲面的数字化。从本质上看，模式A是将复杂曲面的测量简化为复杂曲线或平面曲线甚至直线的测量。如果选取复杂曲面的母线或曲面上的工作轨迹作为被测特征线，则该测量模式能将复杂曲面的设计加工和使用统一起来，因此模式A主要适用于规则复杂曲面特别是回转类复杂曲面的测量。通过测量螺旋面的螺旋线和轴向截型来控制螺旋面的质量就是一个典型事例。对于模式A的研究已有很长的历史，期间产生了两种技术思想：一种以几何学为基础；另一种则基于刚体运动学。前者的基本思想是仅仅将被测对象作为几何体借助坐标法（直角坐标或者极坐标法

5、等）展成法（机械展成法或者电子展成法）等测量方法测量复杂曲面上的特征线；后者的基本思想则是将被测对象作为一个刚性的功能元件或者传功元件与另一个标准元件作啮合运动，通过测量啮合运动误差来反求曲面上的特征线误差。后一种技术思想起源于七十年代初，我国在齿轮测量理论及实践上的突破，经过多年的不断完善与推广，现已形成A模式下的运动几何测量法。在过去二十年，与A模式相关的测量技术得到了较快的发展，各种CNC式的专用测量机，齿轮测量中心，多维测量中心以及坐标测量机已成为生产实际中的主要检测手段。B模式下的复杂曲面精密测

6、量过去一直是精密检测领域中经常遇到而不易解决的技术难题。传统的轮廓度误差测量方法有轮廓样板法，仿形测量法，轮廓投影法和光学跟踪法等。近几十年来，随着精密数控和软件工程等相关技术的快速发展，使B模式下的复杂曲面精密测量成为可能，其主要检测手段为CNC式坐标测量机。C模式主要针对数学模型未知的复杂曲面测量。C模式下的复杂曲面测量是反求工程的关键技术之一。虽然C模式的研究历史并不长，但其发展却十分迅速，目前经常使用的方法有激光扫描三角测量技术，光栅投影法，莫尔条纹技术，三坐标测量机，层析三维数学化技术，CT和M

7、RI等。其中，将线结构光三维视觉与三坐标测量机信息集成而成的集成式测量技术以测量精度高，速度快等优点而成为一种很有前途的新型测量方法。虽然A,B,C三种测量模式彼此的测量目的不尽相同，各自的技术侧重点存在差异，其发展历史也有长有短，但三种测量模式所涉及的基本技术问题是相通的。目前，三中测量模式相比较，C模式的测量精度要求一般低于B模式，而A模式仍然是控制规则曲面质量的主要模式。目前，我厂的生产加工及新品研制工作中，复杂空间曲面检测的工作十分繁重。复杂空间曲面检测种类繁多，既包括RT-61，RT-66，RC

8、B11，RLB30等各型号产品中各种渐开线圆柱齿轮参数的测量，也有RT-20，RT-24，RT-61等各型号产品中各种二维凸轮和三维凸轮的测量，以及RT-24C，RT-76，RHB2等各型号产品中各种三维叶轮，三维诱导轮，导向轮，整流罩的测量，还有各种型号壳体表面局部曲面的测量，以及新品测绘中各种复杂空间曲面的测量。现在主要的测量难点在于：各型号产品中渐开线圆柱齿轮部分参数的测量，各种型号壳体表面局部曲面的测量以及新品测绘中各