Способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора

Изобретение относится к области авиастроения и космической техники, судостроения и автомобилестроения и может применяться при изготовлении или сборке изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с использованием технологии лазерного проецирования.

Аналогом изобретения является патент US №7986417 МПК В23К 26/00 от 26.07.2011, в котором описан способ определения местоположения относительно лазерного проектора рабочей поверхности изделия большого размера, используя два набора метрологических датчиков: первый набор датчиков устанавливается на рабочей поверхности изделия либо на фиксированном и известном расстоянии от нее в рабочей области проектора, второй набор датчиков устанавливают на специальной раме или приспособлении, которая также является жесткой опорой лазерного проектора и выполнена с большим проемом по контуру, через который проходит проецирование контуров элементов слоев или другой требуемой проекции. С помощью специальных передатчиков определяется местоположение метрологических датчиков первого и второго типа, и осуществляется передача данных в программное устройство рабочей станции, где определяется местоположение рабочей поверхности по координатам датчиков первого типа, и местоположение проектора по координатам датчиков второго типа. Обрабатывая полученную информацию с использованием известных алгоритмов в программном устройстве рабочей станции, определяется местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, и осуществляется передача данных в его программное устройство.

Недостатком данного метода является необходимость в применении передатчиков, специальной рамы или приспособления и специализированных метрологических датчиков, использование которых приводит к повышению материалоемкости способа. При этом предъявляемые жесткие требования по точности расположения датчиков увеличивают трудоемкость реализации способа.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора по патенту US 5663795 МПК G01B 11/00 от 02.09.1997 - прототип.

В данном изобретении описывается способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, включающий ее размещение под проектором в строго определенном месте рабочего пространства с помощью упоров и на известном расстоянии относительно установленного количества светоотражающих маркеров, расположенных около нее, идентификацию положения маркеров, решение ПК калибровочных уравнений и определение местоположения рабочей поверхности изделия относительно проектора.

К недостаткам данного способа относится необходимость в решении калибровочных уравнений и точного размещения рабочей поверхности изделия и маркеров относительно проектора.

Кроме того, данный метод мало применим к крупногабаритным изделиям, поскольку требует высоких затрат для изготовления вспомогательного оборудования, что приводит к увеличению трудоемкости способа, а применение дополнительного вспомогательного оборудования к увеличению материалоемкости.

Задачей настоящего изобретения является снижение трудоемкости и материалоемкости за счет исключения изготовления и установки вспомогательных приспособлений.

Указанная задача решается следующим образом.

Способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, включающий ее размещение в рабочей области проектора, установку на ней светоотражающих маркеров, нахождение их проектором и определение местоположения рабочей поверхности изделия, отличающийся тем, что светоотражающие маркеры устанавливают ориентировочно в точках, координаты которых предварительно обозначены в электронной 3D модели рабочей поверхности, загруженной в программное устройство лазерного проектора, определяют координаты расположения маркеров в пределах области поиска, превышающей заданную, по которой определяют погрешность местоположения рабочей поверхности изделия относительно проектора путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек рабочей поверхности изделия в электронной 3D модели и выявляют отклонения между ними, затем проводят пошаговую переустановку светоотражающих маркеров в соответствии с выявленными отклонениями на предыдущем шаге, повторно находят их расположение в пределах меньшей области поиска и выявляют отклонения между координатами их точек и координатами точек контрольной 3D модели с уменьшающейся на каждом шаге погрешностью определения местоположения рабочей поверхности изделия вплоть до заданной.

К преимуществам предлагаемого технического решения относится то, что нет необходимости в первоначальном точном размещении светоотражающих маркеров и рабочей поверхности изделия относительно проектора. Это позволяет определять местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора без использования дополнительного высокоточного оборудования и снизить трудоемкость и материалоемкость процесса.

Кроме этого, предлагаемый способ позволяет использовать только программное устройство проектора без решения дополнительных калибровочных уравнений с использованием дополнительных программных средств, что также приводит к снижению материалоемкости способа.

В свою очередь универсальность способа позволяет применять его к рабочим поверхностям любого типа, форм и габаритов, для реализации которого не требуется дополнительного оборудования, приспособлений, программных средств, что также приводит к сокращению материалоемкости и трудоемкости процессов.

На фиг. 1 изображено ориентировочное расположение светоотражающих маркеров на рабочей поверхности изделия.

На фиг. 2 изображен выносной элемент А, на котором показано взаимное расположение маркера и точки, обозначенной в электронной 3D модели рабочей поверхности, а также отклонение координаты b точки маркера от координаты точки контрольной 3D модели.

На фиг. 3 изображен пример с определением местоположения рабочей поверхности с заданной погрешностью.

Для реализации способа необходимо: разместить рабочую поверхность изделия 1 в рабочей области лазерного проектора 2, обозначить контрольные точки 5 в 3D модели рабочей поверхности изделия 1, загрузить ее в программное устройство лазерного проектора, разместить ориентировочно светоотражающие маркеры 3 на рабочей поверхности изделия 1. В точках, соответствующих обозначенным в 3D модели рабочей поверхности, произвести поиск проектором 2 светоотражающих маркеров 3, установленных на поверхности изделия в пределах области поиска 4, превышающей заданную, и определить местоположение рабочей поверхности изделия 1 проектором 2 с погрешностью 6, определяющейся областью поиска, путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек рабочей поверхности изделия в электронной 3D модели, и выявить их отклонения b.

Далее необходимо пошагово, переустановить светоотражающие маркеры 3 в соответствии с выявленными отклонениями. Провести повторный поиск проектором 2 нового расположения маркеров 3 с заданной меньшей областью поиска 4 и определить с уменьшающейся на каждом шаге погрешностью местоположение рабочей поверхности относительно лазерного проектора вплоть до заданной, путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек, обозначенными в 3D модели, и выявленных отклонений. Пример выполнения изобретения.

Рабочую поверхность изделия в виде усеченного конуса с диаметром у основания 3,6 м и 1,5 м при вершине расположили в рабочей области лазерного проектора LPT-8 производства Laser Projection Technologies, incorporated. В системе автоматизированного проектирования (ПО) NX Siemens PLM Software, используя созданную ранее электронную 3D модель рабочей поверхности изделия, обозначили 6 контрольных точек с координатами, указанными в таблице.

Загрузили в программное устройство проектора 3D модель рабочей поверхности изделия с обозначенными точками. В соответствии с их координатами установили на рабочую поверхность изделия ориентировочно шесть светоотражающих маркеров. Установив в специализированном ПО «RayTracer» Laser Projection Technologies incorporated область поиска точек светоотражающих маркеров площадью в 9 дм (таблица), определили проектором их расположение. Путем сопоставления координат точек установленных светоотражающих маркеров и обозначенных координат контрольных точек в 3D модели, определили местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора с определенной погрешностью.

В ПО «RayTracer» Laser Projection Technologies incorporated определили отклонение координат точки каждого маркера от соответствующих координат точек контрольной 3D модели с вычислением разницы координат по каждой оси (X, Y, Z) в системе координат модели (таблица). В соответствии с полученными результатами переустановили светоотражающие маркеры. Установив в ПО «RayTracer» Laser Projection Technologies incorporated область поиска координат точек светоотражающих маркеров площадью в 0,25 дм², осуществили нахождение проектором расположения светоотражающих маркеров. Путем сопоставления координат их точек и обозначенных координат контрольных точек в 3D модели с выявлением их отклонений, определили в ПО проектора местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора с погрешностью, соответствующей необходимой точности.

Таким образом, предлагаемый способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора позволяет сократить материалоемкость и трудоемкость изготовления изделий из ПКМ с применением технологии лазерного проецирования за счет исключения необходимости использования вспомогательных приспособлений, дорогостоящего оборудования, предварительной подготовки и дополнительного технического обслуживания рабочей поверхности изделия. Способ применим к определению местоположения поверхностей изделий любых типов, форм и габаритов.