FARO關節臂在壁厚檢測中的應用

郭元軍 周 祥 鐘臻榮 鄧雅文

FARO關節臂在壁厚檢測中的應用

郭元軍 周 祥 鐘臻榮 鄧雅文

（湖北三江航天江北機械工程有限公司，孝感 432100）

變壁厚深盲孔零件壁厚的測量，可準確獲取壁厚測量值，但無法準確獲取壁厚理論值，無法評價壁厚的符合程度。為解決該問題，提出一種基于FARO Edge關節臂的壁厚檢測方法，用關節臂完成零件外型面掃描并與三維理論模型對齊后，使用探測模式獲取零件內型面點，根據內型面點及三維理論模型獲取壁厚理論值，根據外型面數據、內型面點及其壁厚法向計算當前點的壁厚，獲得壁厚實測值，二者比較判定壁厚的符合性。同時，制造樣件，并與成熟的檢測方法的測量值進行比較，驗證了方法的正確性，可推廣用于各種零件壁厚的檢測。

FARO關節臂；壁厚；檢測；應用

1 引言

工業生產中，常采用壁厚測具檢測盲孔壁厚。但當孔深達到500mm后，壁厚測具會十分笨重，增加了檢驗人員的勞動強度，檢測精度也得不到保證；當產品為變壁厚的自由曲面零件時，檢測的位置不同，壁厚理論值不同，用壁厚測具僅能取得實測值不能準確獲得該點的理論值，無法準確評估產品壁厚的符合性。對于變壁厚自由曲面零件的壁厚檢測，現場采用先在產品實物上標記測量點，按標記點測量后，根據測量點位置在UG等制圖軟件提取理論厚度進行比較的方法。測試過程繁瑣，精度無法保證。

2 自由曲面回轉體壁厚的檢測

為便于研究，自制了一件內外型面為相同自由曲面的等壁厚天線罩模擬件（見圖1），用于模擬變壁厚產品壁厚測量，同時配套繪制了三維理論模型，產品理論壁厚為2.5mm。分別用壁厚測具以及關節臂測試壁厚。

圖1 測試天線罩模擬件圖

2.1 壁厚測具檢測

將天線罩模擬件沿軸線截取兩個截面，選取距大端面50、150的兩個截面，利用壁厚測具在選定截面各測7點壁厚。檢測結果如表1所示。

表1 壁厚測具壁厚測量值統計表 mm

2.2 關節臂壁厚檢測

與關節臂配套的三維測量軟件為PolyWorks Inspire，關節臂用于檢測可分為三步：零件外型面掃描及內表面數據點獲取；檢測數據與三維模型對齊；壁厚計算。

2.2.1 零件檢測數據獲取

將零件支撐固定在工裝上，用激光掃描頭完成外型面的掃描，用直徑6mm鋯石測頭在內型面取點。取點位置與壁厚測具測量位置一致，每個截面各獲取7個點用于后續壁厚計算。

2.2.2 數據對齊

圖2 對齊結果圖

將三維模型導入PolyWorks Inspire，利用最佳擬合對齊功能完成粗對齊后，再調整完成精對齊。對齊結果見圖2，零件外型面與三維模型的差值在-0.03～+0.013mm之間。對齊后，提取2.2.1中的點坐標，見表2。

表2 內型面測量點坐標統計表

2.2.3 壁厚計算

關節臂壁厚的檢測需要具備：a.產品內表面坐標點；b.內表面坐標點處法線；c.內表面壁厚法線與外型面的交點坐標。

圖3 探測情形示意圖

關節臂在用接觸式探測獲取內表面的點的坐標測量情形見圖3，測量軟件獲取關節臂鋯石測頭的球心坐標，而非接觸點（即內表面坐標點）的坐標，需要補償鋯石測頭球心的坐標，求得接觸點的坐標。

壁厚計算可分為三步：

a. 內型面坐標點補償。對內表面點補償，獲取內型面接觸點坐標，見表3。若零件為變壁厚產品，根據理論模型及接觸點坐標，可獲取當前點的理論厚度，便于判定壁厚的符合性。

表3 內型面接觸點坐標統計表

b. 接觸點法線獲取。通過三維測量軟件PolyWorks Inspire獲取各接觸點法線向量，見表4。

表4 內型面接觸點法線向量統計表

c. 外型面壁厚點獲取。根據測頭球心及接觸點法線做直線與外型面相交，求得外型面壁厚點，坐標見表5。

表5 外型面壁厚對應點坐標統計表

d. 壁厚計算。根據表2、表5坐標以及鋯石測頭直徑（6mm），計算壁厚值。結果見表6。

由表1壁厚測量結果與表6關節臂壁厚測量結果對比可知，關節臂壁厚測試結果與壁厚測具測量結果相當，關節臂可滿足自由曲面回轉體壁厚的精密檢測。

表6 零件壁厚統計表 mm

3 結束語

通過試驗確認，關節臂在用于產品壁厚的檢測時可適當修正，獲取接觸點的坐標，并通過法線找到外表面相應的壁厚點，通過計算得出壁厚測量值。適用于各種產品壁厚的檢測，在實際應用中，可將同時具備掃描與探測功能的關節臂拆分成掃描設備與探測設備[1]，拓展掃描及探測的范圍，滿足各種產品的檢測需求。

1 陳文軍，馬力禎. 激光跟蹤儀和關節臂在SSC-Linac RFQ測量中的組合應用[J]. 核技術，2015(3)：020403-1～020403-4

Application of FARO Arm in Wall Thickness Measurement

Guo Yuanjun Zhou Xiang zhongzhenrong Deng Yawen

(Jiangbei Machinery Engineering Co., Ltd., Xiaogan 432000)

When Variable wall thickness deep blind hole is detected, the measured value of the wall thickness can be accurately obtained, but can't the accurately theoretical the wall thickness. So the compliance of wall thickness can't be evaluated . To solve the problem, this paper puts forward a kind of wall thickness detection method based on FARO Edge Arm, after the parts are scanned and aligned with the 3D theoretical model, using detection mode to obtain the inner surface point of the part. The theoretical wall thickness is obtained according to the inner surface point and the 3d theoretical model; According to the exterior surface data, the inner surface point and its wall thickness direction to calculate the wall thickness. The two were compared to evaluate the conformity of wall thickness. At the same time, the sample is manufactured and compared with the measured value of the mature detection method, which verifies the correctness of the method and can be popularized for the detection of wall thickness of various parts.

FARO arm；wall thickness；detection；application

郭元軍（1987），工程師，機械設計制造及其自動化專業；研究方向：產品檢驗。

2020-08-25