CN105486229B - 测量碳纤维复合材料车身构件的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量碳纤维复合材料车身构件的装置，它是由一个工作平台、四组相同的PSD传感器阵列以及激光发射组件构成；四组相同的PSD传感器阵列的光敏面与工作平台上表面构成一个方体的四个侧面和底面的几何关系。激光发射组件包括一个基板、五个激光器以及三个球体。其中四个激光器发射的激光轴线位于同一平面内，且该平面平行于三个球体的球心连线形成的三角形所在的平面；第五个激光器与其下方的激光器发射方向相同且发射的激光轴线在同一平面内平行，且该平面垂直于三个球体的球心连线形成的三角形所在的平面。本发明的测量装置结构简单，价格低廉，对操作者要求不高，尤其是测量效率较高，可以达到很高的测量精度。
Description
技术领域
本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种测量碳纤维复合材料车身构件的装置。
背景技术
汽车车身的轻量化，对于降低汽车能耗具有重要意义。尤其是对于新能源汽车中的纯电动车，在目前电池性能远不如人意的情况下，在保证车身安全性的前提下，降低车身重量，更具有现实意义。宝马i3在这方面进行了率先尝试。外表并不瘦小的宝马i3，因为采用碳纤维复合材料车身，自重仅1224kg。
宝马i3的碳纤维复合材料车身是由若干碳纤维复合材料构件组合而成，生产一个碳纤维复合材料车身，首先要生产若干碳纤维复合材料构件，然后再将所有碳纤维复合材料构件组合而成。而生产过程中，必须对碳纤维复合材料构件外形尺寸和碳纤维复合材料车身整体外形尺寸进行测量。
常规的三坐标测量机，技术先进、功能强大、测量精度高，在科研、生产中广泛应用，能够满足很多产品外形尺寸的测量精度要求。但是也存在技术复杂、价格昂贵、设计制造难度大、对操作者要求高、测量效率偏低等问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种结构简单、价格低廉、测量效率较高的测量碳纤维复合材料车身构件的装置。
实现本发明上述目的的技术方案是：一种测量碳纤维复合材料车身构件的装置，它是由一个工作平台、四组相同的PSD传感器阵列以及激光发射组件构成；每组PSD传感器阵列均由若干个光敏面位于同一平面内的PSD传感器组成。
所述四组相同的PSD传感器阵列与所述工作平台的位置关系满足以下条件：所述四组相同的PSD传感器阵列设置在所述工作平台上表面，并且所述四组相同的PSD传感器阵列的光敏面与所述工作平台上表面构成一个方体的四个侧面和底面的几何关系。
所述激光发射组件包括一个基板、固定安装在基板上方的四个激光器、固定安装在基板下方的三个支脚以及设置在每个支脚底端的球体。
所述四个激光器的位置关系满足以下条件：所述四个激光器的发射方向均朝向PSD传感器阵列；所述四个激光器发射的激光轴线位于同一平面内，且该平面平行于所述三个球体的球心连线形成的三角形所在的平面；所述四个激光器分成两组，每组中的两个激光器发射的激光轴线共线，两组激光器形成的两条线相交但不垂直。
所述激光发射组件还包括一个设置在上述四个激光器任一个上方的第五激光器；所述第五激光器的位置关系满足以下条件：所述第五激光器与其下方的激光器发射方向相同且发射的激光轴线在同一平面内平行，且该平面垂直于所述三个球体的球心连线形成的三角形所在的平面。
本发明具有的积极效果：（1）本发明的测量装置结构简单，价格低廉，对操作者要求不高，而且可以达到很高的测量精度，完全能够替代三坐标测量机对碳纤维复合材料车身构件的测量。（2）本发明的测量装置通过设置第五激光器，可以实现将激光器同时打开一并获得五个激光感应点，然后只需根据五个激光感应点之间的空间位置关系即可确定各个激光器对于的激光感应点，从而获得两条激光轴线的空间位置，大大提高了测量效率。
附图说明
图1为本发明的测量装置的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
具体实施方式
（实施例1）
见图1和图2，本实施例的测量碳纤维复合材料车身构件的装置由一个工作平台1、四组相同的PSD传感器阵列2以及激光发射组件构成。
每组PSD传感器阵列2均由若干个（本实施例为400个，20×20阵列）光敏面位于同一平面内的PSD传感器21组成。
四组相同的PSD传感器阵列2设置在工作平台1上表面，并且四组相同的PSD传感器阵列2的光敏面与工作平台1上表面构成一个方体的四个侧面和底面的几何关系（图1中前后两组PSD传感器阵列2省略）。由此可以确定四组相同的PSD传感器阵列2上所有PSD传感器21的相对位置关系，记为M。
激光发射组件包括一个基板3、固定安装在基板3上方的五个激光器41、42、43、44、45、固定安装在基板3下方的三个支脚5以及设置在每个支脚5底端的球体6。
五个激光器41、42、43、44、45的发射方向均朝向PSD传感器阵列2。
其中，四个激光器41、42、43、44发射的激光轴线位于同一平面内，且该平面平行于三个球体6的球心连线形成的三角形所在的平面。
其中，激光器41和激光器43发射的激光轴线共线（以下记为A线），激光器42和激光器44发射的激光轴线共线（以下记为B线），A线和B线相交但不垂直。
激光器45设置在任一其它激光器上方（本实施例为激光器41），激光器45与激光器41发射方向相同且发射的激光轴线在同一平面内平行，且该平面垂直于三个球体6的球心连线形成的三角形所在的平面。
由此可以确定五个激光器41、42、43、44、45发射的激光轴线与三个球体6之间的相对位置关系，记为N1。
采用上述测量碳纤维复合材料车身构件的装置对碳纤维复合材料车身构件进行测量的方法具体包括以下步骤：
①将碳纤维复合材料车身构件7置于工作平台1上，并位于四组相同的PSD传感器阵列2内，将激光发射组件的三个球体6在某一位置（记为A处）与碳纤维复合材料车身构件7的表面实现三点接触。
②将五个激光器41、42、43、44、45全部打开，被PSD传感器阵列2感应，测出五个激光感应点在相应PSD传感器21中位置，由各位置以及上述M即可得到五个激光感应点的空间位置。
③将五个激光感应点两两连线，得到十条线段，判断任意两条线段之间的位置关系（总共45个），将满足相交且交点不是这五个激光感应点的两条线段所在直线确定为A线和B线，五个激光感应点中不在A线和B线上的即为激光器45的激光感应点（记为Z5）。
比较激光感应点Z5与A线、B线的距离；距离短者为A线，另一条则为B线。
过激光感应点Z5作垂线垂直相交于A线（交点记为P），将A线和B线的交点（记为O）与P的距离记为L1，A线上某激光感应点与P点以及O点的距离分别记为L2和L3。
A线上满足L3=L2+L1的激光感应点即为激光器41的激光感应点（记为Z1），另一个即为激光器43的激光感应点（记为Z3），Z3满足L3=L2-L1。
根据A线和B线的位置关系，即可确定激光器42的激光感应点（记为Z2）以及激光器44的激光感应点（记为Z4）。
由此可以确定四个激光器41、42、43、44发射的激光轴线的空间位置M1，再结合上述N1，即可得到A处三个球头6的空间位置X1。
④将激光发射组件的三个球体6在另一位置（记为B处）与碳纤维复合材料车身构件7的表面实现三点接触；重复步骤②和③，从而计算出B处三个球头6的空间位置X2。
⑤重复步骤④，得到若干处三个球头6的空间位置X3、X4、……、Xn。
由X1、X2、……、Xn即可得到碳纤维复合材料车身构件7的外形尺寸数据。
上述测量方法实际等同于一台采用球头测头的三坐标测量机对碳纤维复合材料车身构件7表面进行测量，计算出若干个与碳纤维复合材料车身构件7表面相切的球头测头的球心坐标，从而得到碳纤维复合材料车身构件7外形尺寸数据。
Claims (1)
1.一种测量碳纤维复合材料车身构件的装置，其特征在于：由一个工作平台（1）、四组相同的PSD传感器阵列（2）以及激光发射组件构成；
每组PSD传感器阵列（2）均由若干个光敏面位于同一平面内的PSD传感器（21）组成；
所述四组相同的PSD传感器阵列（2）与所述工作平台（1）的位置关系满足以下条件：所述四组相同的PSD传感器阵列（2）设置在所述工作平台（1）上表面，并且所述四组相同的PSD传感器阵列（2）的光敏面与所述工作平台（1）上表面构成一个方体的四个侧面和底面的几何关系；
所述激光发射组件包括一个基板（3）、固定安装在基板（3）上方的四个激光器（41、42、43、44）、固定安装在基板（3）下方的三个支脚（5）以及设置在每个支脚（5）底端的球体（6）；
所述四个激光器（41、42、43、44）的位置关系满足以下条件：所述四个激光器（41、42、43、44）的发射方向均朝向PSD传感器阵列（2）；所述四个激光器（41、42、43、44）发射的激光轴线位于同一平面内，且该平面平行于所述三个球体（6）的球心连线形成的三角形所在的平面；所述四个激光器（41、42、43、44）分成两组，每组中的两个激光器发射的激光轴线共线，两组激光器形成的两条线相交但不垂直；
所述激光发射组件还包括一个设置在上述四个激光器（41、42、43、44）任一个上方的第五激光器（45）；所述第五激光器（45）的位置关系满足以下条件：所述第五激光器（45）与其下方的激光器发射方向相同且发射的激光轴线在同一平面内平行，且该平面垂直于所述三个球体（6）的球心连线形成的三角形所在的平面。
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