CN105806197A - 一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，包括两个主尺，两个主尺之间设置有主尺滑块，其上设置有主尺测量表，两个主尺垂直连接有副尺和滑动尺，副尺上设置有副尺测量表，滑动尺上设置滑动套，滑动套上设置有滑动尺测量表。该装置能够实现零件型面弯曲及翘曲变形量的现场在线测量。测量方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、确定零件长和宽、拟测量方向；步骤2、确定测量区域；步骤3、校准测量装置；步骤4、将滑动支脚和滑动套置于测量区域上，滑动尺支脚位于测量区域的上；步骤5、记录测量表的读数，计算零件型面弯曲和翘曲变形量。一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，该方法操作简单。

Description

一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于壁板类零件的制造与检测技术领域，涉及一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，还涉及采用一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置进行测量的方法。

背景技术

壁板类零件是航空航天及汽车等领域中的一类重要的轻量化结构零件，该类零件除发挥承载载荷的作用外，还具有一定的外型以满足气动要求等，例如飞机的整体机翼壁板具有复杂的加强结构，同时具有复杂的气动外型。该类零件外型的曲率一般较小、曲率大小及方向在面内呈非均匀变化，在其制造过程中对型面进行现场检测对控制其制造精度十分重要。

申请号：200720003322.7，公告号：201037762，公告日：2008.03.19，发明名称为“一种弧高测量工具”的专利，利用百分表及活动支脚等测量壁板类零件在制造过程中弧高的变化，可以获得单方向的型面曲率。但壁板类零件在制造过程中除了发生弯曲变形外，还发生一定的翘曲变形，利用该“弧高测量工具”及其方法不能获得零件型面的翘曲变形量。

申请号：201510560982.4，公开号：105157658，公开日：2015.12.16，发明名称为“飞机蒙皮外形检测装置”审查中的专利，利用底架、卡板组件、定位组件及测量组件等实现蒙皮外形在脱模状态时的检测，能获得其接近自由状态下的外形。而该装置难以用于壁板类零件制造过程中的现场在线检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，能够实现零件型面弯曲及翘曲变形量的现场在线测量。

本发明的另一个目的是提供一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，该方法操作简单。

本发明所采用的技术方案是，一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，包括相互平行设置的两个主尺，两个主尺之间设置有沿两个主尺滑动的主尺滑块，主尺滑块上设置有主尺测量表，两个主尺的底部垂直连接有副尺和沿两个主尺滑动的滑动尺，副尺上设置有副尺测量表和沿副尺滑动的两个滑动支脚，滑动尺上设置两个滑动套，每个滑动套上均设置有滑动尺测量表，滑动尺和两个主尺相交处设置有滑动尺固定块，滑动尺固定块上设置有滑动尺支脚。

本发明的特点还在于，

主尺滑块的横截面为工字型，主尺滑块通过螺钉与主尺固定，主尺滑块通过螺钉与主尺测量表固定。

主尺测量表位于滑动尺和副尺之间，副尺测量表位于两个主尺之间。

两个滑动支脚和两个滑动套均位于两个主尺的两个外侧，两个滑动支脚均通过螺钉与副尺固定，两个滑动套均通过螺钉与滑动尺固定。

两个主尺和副尺通过螺栓固定，滑动尺固定块和两个主尺通过螺栓固定。

本发明所采用的另一个技术方案是，一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，采用一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1、确定待测量零件的长度和宽度，确定待测量零件型面弯曲和翘曲变形的拟测量方向；

步骤2、根据待测量零件的长度和宽度确定矩形测量区域；

步骤3、在标准平面上校准测量装置；

步骤4、将两个滑动支脚置于矩形测量区域一边的边界上，两个滑动尺测量表的测量杆端头置于矩形测量区域另一边的边界上，滑动尺支脚位于矩形测量区域的水平中线上；

步骤5、记录主尺测量表、副尺测量表和两个滑动尺测量表的读数，计算零件型面弯曲和翘曲变形量。

本发明的特点还在于，

步骤2中的确定矩形测量区域具体为，矩形测量区域的左侧边界线与右侧边界线平行，左侧边界线和右侧边界线中点的连线垂直于左右侧边界线，左侧边界线和右侧边界线中点的连线平行于待测量零件型面的扭转轴线。

步骤3在标准平面上校准测量装置具体为：将主尺测量表、副尺测量表和两个滑动尺测量表的测量杆端头以及以及滑动支脚和滑动尺支脚均与标准平面接触，将主尺测量表、副尺测量表和两个滑动尺测量表的读数均清零，以此为基准，若在测量过程中测量表的测量杆伸出，则测量表读数为负值；若在测量过程中测量表的测量杆缩进，则测量表读数为正值。

本发明的有益效果是：一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，结构简单、刚度好、稳定性强、测量表精度高，测量方法简单，能够实现零件型面弯曲及翘曲变形量的现场在线测量。一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，该方法操作简单。

附图说明

图1是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置的结构示意图；

图2是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中主尺的结构示意图；

图3是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中主尺滑块的结构示意图；

图4是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中副尺的结构示意图；

图5是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中滑动支脚的结构示意图；

图6是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中滑动尺的结构示意图；

图7是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中滑动尺固定块的结构示意图；

图8是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中滑动尺支脚的结构示意图；

图9是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置中滑动套的结构示意图；

图10是本发明一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法中实施例一待测量型面的示意图。

图中，1.主尺，2.主尺滑块，3.主尺测量表，4.副尺，5.副尺测量表，6.滑动支脚，7.滑动尺，8.滑动尺固定块，9.滑动尺支脚，10.滑动套，11.滑动尺测量表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，如图1-9所示，包括相互平行设置的两个主尺1，两个主尺1之间设置有沿两个主尺1滑动的主尺滑块2，主尺滑块2上设置有主尺测量表3，两个主尺1的底部垂直连接有副尺4和沿两个主尺1滑动的滑动尺7，副尺4上设置有副尺测量表5和沿副尺4滑动的两个滑动支脚6，滑动尺7上设置两个滑动套10，每个滑动套10上均设置有滑动尺测量表11，滑动尺7和两个主尺1相交处设置有滑动尺固定块8，滑动尺固定块8上设置有滑动尺支脚9；

主尺滑块2的横截面为工字型，主尺滑块2通过螺钉与主尺1固定，主尺滑块2通过螺钉与主尺测量表3固定；

主尺测量表3位于滑动尺7和副尺4之间，副尺测量表5位于两个主尺1之间；

两个滑动支脚6和两个滑动套10均位于两个主尺1的两个外侧，两个滑动支脚6均通过螺钉与副尺4固定，两个滑动套10均通过螺钉与滑动尺7固定；

两个主尺1和副尺4通过螺栓固定，滑动尺固定块8和两个主尺1通过螺栓固定；

如图2所示，主尺1是截面为矩形的棱柱，主尺1的一端有用于连接副尺4的螺栓孔，并且该螺栓孔的轴线与主尺1的中心线垂直相交，在与螺栓孔中性线相垂直的主尺1的一个侧面上有以毫米为单位的刻度线，该刻度的零点位于螺栓孔的中性线位置，一对主尺1平行安放，并且一对主尺1的螺栓孔相平行，螺栓孔轴线与两个主尺1的安放平面相垂直；

如图3所示，主尺滑块2是横截面为工字型的滑块，主尺滑块2的腰宽与两个主尺1的间距相等，主尺滑块2的腰高与主尺1的高度相等，并且主尺滑块2与主尺1之间为间隙配合，在主尺滑块2的翼板中间位置有主尺测量表3的安装孔，并且该安装孔的中心线平行于主尺滑块2的工字型截面，在该主尺滑块2的翼板两侧有两个安装螺钉的螺纹孔，并且两个螺纹孔到主尺测量表3安装孔的距离相等；

如图4所示，副尺4是截面为矩形的棱柱，副尺4的中间位置有一个副尺测量表5的安装孔，该安装孔的轴线与副尺4中心线垂直相交，在该安装孔的两侧等距位置各有一个矩形槽，该矩形槽的宽度与主尺1宽度相同，该矩形槽的深度不大于副尺4高度的一半，在该矩形槽的底面中间有一个用于连接主尺1的螺纹孔，该螺纹孔的轴线与副尺测量表5安装孔的轴线相平行；在副尺4的一个侧面有以毫米为单位的刻度线，该刻度的零点与副尺测量表5安装孔的中心线对齐，并且该刻度线与副尺测量表5安装孔的中心线平行，刻度值向副尺4两端递增；

如图5所示，滑动支脚6的主体是有矩形腔的长方体，该矩形腔的尺寸与副尺4的矩形截面尺寸相等，二者之间为间隙配合，在滑动支脚6的底面中心位置有圆锥形支脚，该支脚的顶端为球面，在滑动支脚6的顶面中心位置有用于安装紧固螺钉的螺纹孔，该螺纹孔的中心线与圆锥形支脚的中心线重合；

如图6所示，滑动尺7是截面为矩形的棱柱，滑动尺7的中间位置有一个用于固定滑动尺7的螺纹孔，该螺纹孔的中心线与滑动尺的中心线垂直相交，在该安装孔的两侧等距位置各有一个矩形槽，该矩形槽的宽度与主尺1宽度相同，该矩形槽的深度不大于滑动尺7高度的一半，在滑动尺7的一个侧面有以毫米为单位的刻度线，该刻度的零点与螺纹孔的中心线对齐，并且该刻度线与螺纹孔的中心线平行，刻度值向滑动尺7两端递增；

如图7所示，滑动尺固定块8呈T字型，滑动尺固定块8的翼板两侧对称分布两个紧固螺钉安装孔，在该紧固螺钉安装孔的中间有一个用于连接滑动尺7的螺栓安装孔，在滑动尺固定块8的另一端有一个安装滑动尺支脚9的螺纹孔，在该螺纹孔的半高位置有一个侧向的紧固螺钉安装孔，并且该紧固螺钉安装孔的中心线与滑动尺支脚9安装螺纹孔的中心线相垂直；

如图8所示，滑动尺支脚9是一个台阶轴，该台阶轴的大端上有螺纹，该螺纹与滑动尺固定块8上的螺纹孔相配合，该台阶轴的小端顶为球面；

如图9所示，滑动套10的主体是有矩形腔的长方体，滑动套10矩形腔的尺寸与滑动尺7的矩形截面尺寸相等，二者之间为间隙配合，在滑动套10的侧面中心位置有用于安装紧固螺钉的螺纹孔，在滑动套10的一侧有长方体凸台，在该凸台中间有安装滑动尺测量表11的安装孔，在垂直于该安装孔轴线的侧面有一个紧固螺钉安装孔；

主尺测量表3、副尺测量表5及滑动尺测量表11为标准千分表或标准百分表。

一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，采用一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1、确定待测量零件的长度和宽度，确定待测量零件型面弯曲和翘曲变形的拟测量方向；

步骤2、根据待测量零件的长度和宽度确定矩形测量区域；

步骤2中的确定矩形测量区域具体为，矩形测量区域的左侧边界线与右侧边界线平行，左侧边界线和右侧边界线中点的连线垂直于左右侧边界线，左侧边界线和右侧边界线中点的连线平行于待测量零件型面的扭转轴线；

步骤3、在标准平面上校准一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置；

步骤3具体为：将主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的测量杆端头以及滑动支脚6和滑动尺支脚9与标准平面接触，将主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的读数均清零，以此为基准，若在测量过程中主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的测量杆伸出，则测量表读数为负值；若在测量过程中主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的测量杆缩进，则测量表读数为正值；

步骤4、将两个滑动支脚6置于矩形测量区域一边的边界上，两个滑动尺测量表11的测量杆端头置于矩形测量区域另一边的边界上，滑动尺支脚9位于矩形测量区域的水平中线上；

步骤5、记录主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的读数，计算零件型面弯曲和翘曲变形量。

实施例1

一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，采用一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1、确定待测量零件的长度和宽度，确定待测量零件型面弯曲和翘曲变形的拟测量方向；

如图10所示，以翘曲变形的拟测量方向为x轴建立笛卡尔直角坐标系，该坐标系的原点位于拟测量区域的中心；

步骤2、根据待测量零件的长度和宽度确定矩形测量区域；

在直角坐标系的xOy平面内确定矩形测量区域ABED，该矩形测量区域在x方向的水平中心线CF的长度为l_CF，y方向的竖直宽度为l_AB、l_DE，并且l_AB＝l_DE

步骤3、在标准平面上校准一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置；

具体为：将主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的测量杆端头以及滑动支脚6和滑动尺支脚9与该标准平面接触，将主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的读数均清零，以此为基准，若在测量过程中主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的测量杆伸出，则测量表读数为负值；若在测量过程中主尺测量表3、副尺测量表5和两个滑动尺测量表11的测量杆缩进，则测量表读数为正值；

步骤4、将两个滑动支脚6分别置于矩形测量区域的D和E点上，两个滑动尺测量表11的测量杆端头分别置于矩形测量区域的A和B点上，滑动尺支脚9为于矩形测量区域的F点上，保持壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置与零件型面稳定接触；

A点和B点上的两个滑动尺测量表11的测量杆端头与待测型面接触，C点上的副尺测量表5的测量杆端头与待测型面接触，O点上的主尺测量表3的测量杆端头与待测型面接触，以测量所测型面与标准平面之间的差别；

步骤5、记录O点主尺测量表3的当前读数z_O、C点副尺测量表5的当前读数z_C，A点和B点两个滑动尺测量表11的当前读数z_A和z_B，

计算零件型面弯曲变形量；

根据公式(1)，确定测量区域右侧边界上的相对弧高δ_AB，

δ_AB＝-(z_A+z_B)/2(1)

公式(1)中，z_A为A点的滑动尺测量表11的当前读数，z_B为B点的滑动尺测量表11的当前读数，δ_AB为测量区域右侧边界上的相对弧高；

根据公式(2)，确定左侧边界上的相对弧高δ_DE；

δ_DE＝z_C(2)

公式(2)中，z_C为C点副尺测量表5的当前读数，δ_DE为左侧边界上的相对弧高；

根据公式(3)，确定中心线CF位置的相对弧高δ_CF

δ_CF＝|δ_AB-δ_DE|/2+z_O(3)

公式(3)中，δ_CF为中心线CF位置的相对弧高，δ_DE为左侧边界上的相对弧高，δ_AB为测量区域右侧边界上的相对弧高，z_O为O点主尺测量表3的当前读数；

根据公式(4)，利用圆弧近似表示零件型面上AB位置的截面形状，得到AB位置截面的圆弧半径R_AB；

$R_{AB}=\frac{l_{AB}^2+4{\mathrm{\δ}}_{AB}^2}{8{\mathrm{\δ}}_{AB}}---\left(4\right)$

公式(4)中，R_AB为AB位置截面的圆弧半径，l_AB为A点到B点的距离，δ_AB为测量区域右侧边界上的相对弧高；

根据公式(5)，利用圆弧近似表示零件型面上DE位置的截面形状，得到DE位置截面的圆弧半径R_DE；

$R_{DE}=\frac{l_{DE}^2+4{\mathrm{\δ}}_{DE}^2}{8{\mathrm{\δ}}_{DE}}---\left(5\right)$

公式(5)中，R_DE为DE位置截面的圆弧半径，l_DE为D点到E点的距离，δ_DE为左侧边界上的相对弧高；

根据公式(6)，利用圆弧近似表示零件型面上CF位置的截面形状，得到CF位置截面的圆弧半径R_CF；

$R_{CF}=\frac{l_{CF}^2+4{\mathrm{\δ}}_{CF}^2}{8{\mathrm{\δ}}_{CF}}---\left(6\right)$

公式(6)中，R_CF为CF位置截面的圆弧半径，l_CF为C点到F点的距离，δ_CF为中心线CF位置的相对弧高；

根据公式(7)，利用曲率表示AB的弯曲变形量ρ_DE，

ρ_AB＝1/R_AB(7)

公式(7)中，R_AB为AB位置截面的圆弧半径，ρ_DE为AB的弯曲变形量；

根据公式(8)，利用曲率表示DE的弯曲变形量ρ_DE，

ρ_DE＝1/R_DE(8)

公式(8)中，R_DE为DE位置截面的圆弧半径，ρ_DE为DE的弯曲变形量；

根据公式(9)，利用曲率表示CF的弯曲变形量ρ_CF，

ρ_CF＝1/R_CF(9)

公式(9)中，R_CF为CF位置截面的圆弧半径，ρ_CF为CF的弯曲变形量；

计算翘曲变形量，以扭转变形量表征翘曲变形量，

根据公式(10)，确定A和B位置两个滑动尺测量表11的读数差Δ_AB，

Δ_AB＝z_A-z_B(10)

公式(10)中，Δ_AB为A和B位置两个滑动尺测量表11的读数差，z_A为A点的滑动尺测量表11的当前读数，z_B为B点的滑动尺测量表11的当前读数；

根据公式(11)，获得符合右手准则的右侧测量边界AB沿方向相对左侧测量边界DE的旋转量α_AB，

α_AB＝Δ_AB/l_AB(11)

公式(11)中，Δ_AB为A和B位置两个滑动尺测量表11的读数差，l_AB为A点到B点的距离；

根据公式(12)，获得零件型面绕方向的扭转变形量α_CF，

α_CF＝Δ_AB/(2l_CF)(12)

公式(12)中，Δ_AB为A和B位置两个滑动尺测量表11的读数差，l_CF为C和F点的距离。

Claims (8)

1.一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，其特征在于；包括相互平行设置的两个主尺(1)，两个主尺(1)之间设置有沿两个主尺(1)滑动的主尺滑块(2)，主尺滑块(2)上设置有主尺测量表(3)，两个主尺(1)的底部垂直连接有副尺(4)和沿两个主尺(1)滑动的滑动尺(7)，副尺(4)上设置有副尺测量表(5)和沿副尺(4)滑动的两个滑动支脚(6)，滑动尺(7)上设置两个滑动套(10)，每个滑动套(10)上均设置有滑动尺测量表(11)，滑动尺(7)和两个主尺(1)相交处设置有滑动尺固定块(8)，滑动尺固定块(8)上设置有滑动尺支脚(9)。

2.根据权利要求1所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，其特征在于，所述主尺滑块(2)的横截面为工字型，主尺滑块(2)通过螺钉与主尺(1)固定，主尺滑块(2)通过螺钉与主尺测量表(3)固定。

3.根据权利要求1所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，其特征在于，所述主尺测量表(3)位于滑动尺(7)和副尺(4)之间，副尺测量表(5)位于两个主尺(1)之间。

4.根据权利要求1所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，其特征在于，所述两个滑动支脚(6)和两个滑动套(10)均位于两个主尺(1)的两个外侧，两个滑动支脚(6)均通过螺钉与副尺(4)固定，两个滑动套(10)均通过螺钉与滑动尺(7)固定。

5.根据权利要求1所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，其特征在于，所述两个主尺(1)和副尺(4)通过螺栓固定，滑动尺固定块(8)和两个主尺(1)通过螺栓固定。

6.一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，采用权利要求1-5任一项所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量装置，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、确定待测量零件的长度和宽度，确定待测量零件型面弯曲和翘曲变形的拟测量方向；

步骤2、根据待测量零件的长度和宽度确定矩形测量区域；

步骤3、在标准平面上校准测量装置；

步骤4、将两个滑动支脚(6)置于矩形测量区域一边的边界上，两个滑动尺测量表(11)的测量杆端头置于矩形测量区域另一边的边界上，滑动尺支脚(9)位于矩形测量区域的水平中线上；

步骤5、记录主尺测量表(3)、副尺测量表(5)和两个滑动尺测量表(11)的读数，计算零件型面弯曲和翘曲变形量。

7.根据权利要求6所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，其特征在于，所述步骤2中的确定矩形测量区域具体为，矩形测量区域的左侧边界线与右侧边界线平行，左侧边界线和右侧边界线中点的连线垂直于左右侧边界线，左侧边界线和右侧边界线中点的连线平行于待测量零件型面的扭转轴线。

8.根据权利要求6所述的一种壁板类零件弯曲及翘曲变形量测量方法，其特征在于，所述步骤3在标准平面上校准测量装置具体为：将主尺测量表(3)、副尺测量表(5)和两个滑动尺测量表(11)的测量杆端头以及以及滑动支脚(6)和滑动尺支脚(9)均与标准平面接触，将主尺测量表(3)、副尺测量表(5)和两个滑动尺测量表(11)的读数均清零，以此为基准，若在测量过程中测量表的测量杆伸出，则测量表读数为负值；若在测量过程中测量表的测量杆缩进，则测量表读数为正值。