[00113755]自由曲面内缝隙尺寸自动无损检测装置研究

1、课题来源与背景 该项目为国家质量监督检验检疫总局科技计划项目,项目编号为2016QK214。 该项目基于《中国制造2025》规划提出的“提高制造业质量竞争力指数”和“提高制造业国际化发展水平”,通过自主创新研制新方法和新装置,来加快汽车摩托车发动机关键零部件制造工艺和质量提升。 该项目基于重庆市装备制造（汽车、摩托车）产业计量中心重点建设创新平台,开展前沿几何量计量检测装置研制,包括自由曲面尺寸无损检测方法、自由曲面产品误差评定技术研究。 2、技术原理及性能指标 项目组首先通过硬件分析、电路设计、控制算法设计与实现建立了开放式数控激光测量系统;然后通过研究缝隙形貌特征与传感器位姿几何关系模型,设计规划了自由曲面内缝隙轮廓的扫描路径,实现了标定缝隙区域的三维轮廓的高质量采样获取;接着通过缝隙关键特征点识别定位机理的研究,实现了相关关键特征点的精确定位,并在软件环境下对被测缝隙的几何尺寸进行了定量描述;最后实现了缝隙尺寸自动无损检测装置样机,样机能够实现对自由曲面内缝隙的手动测量和自动测量,具有人性化的人-机交互界面,便于不同形状、不同材质自由曲面产品的检测。 研制了具有自由曲面特征的缝隙标准器,建立了缝隙尺寸的快速有效评价方法,标准器具有省级法定机构的校准证书。使用缝隙标准器对样机进行整体测试评价,评价的结果显示缝宽（测试范围3.0mm~50.0mm）的测量精度为20μm,缝深（测试范围0.0mm~20.0mm）的测量精度为15μm,面差（测试范围0.9mm~1.1mm）的测量精度为15μm,测量分辨率为3μm。 3、技术的创造性与先进性 （1）、针对自由曲面内三维缝隙特点,研究了便于快速姿态调整的形貌测量自动扫描路径规划技术,并在软件虚拟环境下建立了缝隙边缘特征参考于虚拟测量基准来描述缝隙三维几何尺寸的评价方法,有效解决了缝隙的高质量采集获取、几何尺寸表征准确性的关键技术。 （2）、研制具有自由曲面特征的缝隙标准器,通过一次测试就能计算获得缝宽、缝深、面差的尺寸偏差,建立了缝隙尺寸测量系统快速有效的评价方法,并便于携带到企业现场使用,解决缝隙测量装置难以整体评价的关键技术。 （3）、基于VC++6.0软件平台,完全自主开发友好的人机交互界面、图像处理模块、几何特征表达模块等,形成对自由曲面内三维缝隙尺寸的“一键”自动无损检测,有效解决现场检测过程中人员大量干涉、安装方式、室内环境等直接不确定度因素的影响,提升了检测效率与检测精度。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 课题组研制的缝隙尺寸检测装置使得对自由曲面内缝隙尺寸的检测效率提高50%以上、检测成本降低20%以上,检测人员能够将该检测装置与接触式坐标测量机结合使用,使得测量对象更加多样性、测量过程更加简单。该项目研制的缝隙尺寸检测样机和研究的检测方法适应于自由曲面产品内间缝的快速检测,包括常规零部件装配过程中产生的间隙、车身装配过程中的间隙、塑料制品组装中产生的间隙、齿轮类产品等等,技术成果应用将分布在汽车、摩托车、塑料制品、家电等行业,现正在先进制造企业内推广应用。 5、应用情况及存在的问题 新研究的缝隙几何尺寸检测装置能够实现对车身缝隙几何尺寸的高精度检测,检测精度在30μm以内,能够保证较高的检测效率,同时能对汽车发动机表面轮廓进行采样和评价。 课题组需对特殊零部件的自动测量软件进一步的开发,并进一步深入对自由曲面三维特征表征计量理论与仪器测量技术的研究,解决常用复杂零部件几何形状“测得到、测得准”的定形问题。 6、历年获奖情况 无