CN111473746B - 一种钉孔垂直度的光学检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钉孔垂直度的光学检测方法，采用平行光垂直于钉孔板平面，从钉孔的一端射入；在钉孔出口处设置平行光接收装置，获取钉孔出口处的光斑；如果钉孔垂直于钉孔板平面，光斑为圆型；如果钉孔不垂直于钉孔板平面，光斑为椭圆形，测量得到椭圆形光斑的短径a和长径b；测量得到钉孔板的厚度为δ，通过椭圆形光斑的长径和短径，可以得到钉孔的垂直度；如果∠α的数值在设定范围内，则判为钉孔的垂直度合格；否则不合格。本发明具有如下优点：采用光学检测方法实现了检测精度高、检测速度快，并可以转换为数字信号，实现在线自动化检测。

Description

一种钉孔垂直度的光学检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于光学方法检测钉孔垂直度的检测方法，尤其是能提高钉孔垂直度精确性，可用于钉孔的自动化在线检测。

背景技术

飞机数字化装配是利用计算机技术和数字控制技术，实现自动化夹持、制孔以及连接从而完成整个装配任务的过程。飞机在大部件装配过程中需要预制大量连接孔，一般大型民用飞机连接孔超过150万个，连接件多采用铆钉、抽钉、螺钉或高锁，这些孔以下简称钉孔。

钉孔垂直度指的是连接钉孔的中心线与平面法线的一致程度，一般以二者之间的夹角表示。钉孔中心线与平面夹角应为90 °，一般飞机钉孔垂直度的公差为±0.5°。

目前检查钉孔垂直度的一般方法是采用 “ T ” 型的标准工装（如图1），将上边长等于 L 的“ T ” 型标准工装的下端***钉孔，采用塞尺检测“ T ” 型标准工装与蒙皮表面的间隙值 H。

但现有“ T ” 型标准工装检测孔垂直度的方法存在以下问题：

1）检测精度低，由于“ T ” 型标准工装需***孔内，存在一定的间隙；塞尺需要塞入“ T ” 型标准工装，无法检测工装最外端的尺寸，塞尺厚度H与“ T ” 型标准工装的实际高度存在一定差异。因此，这些问题检测方法将带入***误差，无法精确测量铆钉孔的垂直度；

2）检测效率低，每个孔都需要采用“ T ” 型标准工装进行检查,并手工进行反三角函数计算，才能得到测量结果，效率低。

3）由于“ T ” 型标准工装不方便直接加载在机器人或机械臂上，实现自动化检测存在困难。

发明内容

为提高钉孔垂直度检测的准确性和效率，本发明提供一种适用于实现钉孔垂直度的自动化检测方法。

本发明的技术方案为：

一种钉孔垂直度的光学检测方法，步骤为：

S1 采用发射平行光的光源，使光源与钉孔板平面保持垂直，且发射光束直径大于钉孔直径；

S2 沿钉孔板平面的法向，从钉孔的一端射入平行光；

S3 在钉孔出口处设置平行光接收装置，获取钉孔出口处的光斑；

当钉孔垂直于钉孔板平面，光斑为圆型；

当钉孔不垂直于钉孔板平面，光斑为椭圆形，测量得到光斑的短径a和长径b；

S4 测量得到钉孔板的厚度为δ，通过椭圆形光斑的长径a，短径b，通过反三角函数可以得到钉孔的垂直度∠α：

∠α=arctg((a-b)/2δ)

S5 判定：如果 ∠α的数值在设定范围内，则判为钉孔的垂直度合格；否则不合格。

所述平行光的光源和平行光接收装置为平行激光光源和激光接收装置。

所述∠α的数值在±0.5°范围内，则判为钉孔的垂直度合格。

在检测中，当平行光线通过钉孔的非倾斜方向时，完全没有阻挡，因此椭圆形光斑的b与钉孔直径相等；由于平行激光线通过钉孔的倾斜方向时，平行光线将有一部分被遮挡，两边的遮挡部分沿钉孔中心向外逐渐减少,穿过的平行光线在出口处形成一个椭圆形的光斑。

本发明具有如下优点：采用光学检测方法实现了检测精度高、检测速度快，并可以转换为数字信号，实现在线自动化检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是采用“ T ” 型的标准工装开展钉孔垂直度的示意图。

图2是采用光学法对钉孔垂直度偏差为0°时的检测示意图。

图3是采用光学法对钉孔垂直度偏差不为0°时的检测示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明一种钉孔垂直度的光学检测方法，步骤为：

S1 采用发射平行光的光源，使光源与钉孔板平面保持垂直，光斑直径大于钉孔直径，平行光光源为二维投影仪发生的平行激光；

S2 沿钉孔板平面的法向，从钉孔的一端射入平行光；

S3 在钉孔出口处设置平行光接收装置，获取钉孔出口处的光斑；

如果钉孔垂直于钉孔板平面，光斑为圆型；

如果钉孔不垂直于钉孔板平面，光斑为椭圆形，测量得到光斑的短径a和长径b；

S4 测量得到钉孔板的厚度为δ，通过椭圆形光斑的长径a，短径b，通过反三角函数可以得到钉孔的垂直度∠α：

∠α=arctg((a-b)/2δ)

S5 判定：如果 ∠α的数值在设定范围内，则判为钉孔的垂直度合格；否则不合格。

实施例2

为提高飞机钉孔垂直度检测的准确性和效率，实现钉孔垂直度的自动化检测，采用如下钉孔垂直度的检测方法：

1）采用如图2的选择的平行光传感器如二维投影仪等发生的平行激光，平行激光光源发射头与钉孔平面应保持垂直，光斑直径大于钉孔直径。

2）沿钉孔平面的法向，从钉孔的一端射入；

3）如果钉孔完全垂直于平面，按照平行激光的特性，在钉孔的出口处形成一个与钉孔一致的圆型光斑，如图2；

4）如果钉孔完全不垂直于平面的斜孔，按照平行激光的特性，则：

（a） 在钉孔的出口处形成一个椭圆形光斑，如图3。

(b)在钉孔出口处安置平行激光接收装置，可以准确得到椭圆形光斑的短径a和长径b；

(c)平行光线通过钉孔的非倾斜方向时，完全没有阻挡，因此椭圆形光斑的长径b与钉孔直径相等。

(d)由于平行激光线通过钉孔的倾斜方向时，左边的平行激光线将有一部分被遮挡 右边的平行激光线也将有一部分被遮挡，两边的遮挡部分沿钉孔中心向外逐渐减少,穿过的平行激光线在出口处形成一个椭圆形的光斑。

(e)橄榄光斑的短径a等于(D-2c)，c为光线单边遮挡部分的最大值，如图3所示。

5）由图3可知，∠α等于钉孔的垂直度。已知蒙皮板的厚度为δ，通过激光接收装置可以得到椭圆形光斑的长径为a，短径为b，则通过公式（2）的反三角函数可以得到：

∠α=arctg((a-b)/2δ) （2）

6） ∠α的数值±0.5°范围内，则判为钉孔的垂直度合格；否则不合格。

Claims (3)

1.一种钉孔垂直度的光学检测方法，其特征在于，步骤为：

S1 采用发射平行光的光源，使光源与钉孔板平面保持垂直，且发射光束直径大于钉孔直径；

S2 沿钉孔板平面的法向，从钉孔的一端射入平行光；

S3 在钉孔出口处设置平行光接收装置，获取钉孔出口处的光斑；

当钉孔垂直于钉孔板平面，光斑为圆型；

当钉孔不垂直于钉孔板平面，光斑为椭圆形，测量得到光斑的短径a和长径b；

S4 测量得到钉孔板的厚度为δ，通过椭圆形光斑的长径a，短径b，通过反三角函数可以得到钉孔的垂直度∠α：

∠α=arctg((a-b)/2δ)

S5 判定：如果 ∠α的数值在设定范围内，则判为钉孔的垂直度合格；否则不合格。

2.根据权利要求1所述一种钉孔垂直度的光学检测方法，其特征在于，所述平行光的光源和平行光接收装置为平行激光光源和激光接收装置。

3.根据权利要求1所述一种钉孔垂直度的光学检测方法，其特征在于，所述∠α的数值在±0.5°范围内，则判为钉孔的垂直度合格。

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