3-D打印的计量特征几何形状与检测的制作方法

本公开通常涉及制造，更具体地说，涉及使用3-d打印计量特征的产品组装。

背景技术：

1、传统上，制造商在将待组装的装置(比如飞机或汽车)的组成零件联结在一起时使用组装线或人工密集型方法。然而，随着机器人技术和加工装置的复杂性不断增加，零件的自动化组装变得越来越受欢迎。

2、自动化组装成功的重要先决条件包括测量零件和对零件的位置进行适当调整的能力。在可能使用多个机器人的自动化环境中，以协调的方式接近零件以执行这些测量变得具有挑战性。在零件包含复杂形状或需要高精度测量的情况下，问题的复杂性可能更明显。

3、此外，使组装过程自动化可能需要在待组装的零件的位置处使用机器人。在由此产生的有限区域中协调测量和组装使得需要避免不同机器所执行的任务之间的干扰。常规测量装置的局限性以及在较小空间中使用更多装备的需求对组装过程的可实现的效率和准确度产生限制。在已经杂乱的组装环境中，有限的物理空间可能进一步限制对零件的接近，从而导致整体制造不灵活。

技术实现思路

1、以下给出了一个或更多个方面的简要概述，以便提供对这些方面的基本理解。该概述不是对所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在识别所有方面的关键要素或重要要素，也不旨在描绘任何方面或所有方面的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一个或更多个方面的一些概念，作为后续呈现的更详细描述的序言。

2、所组装的零件的计量精度是成功建造车辆、飞机、船舶或其他运输结构的重要先决条件。出于这个原因，可以在部件上放置标记或其他特征，以使得测量系统能够实现精确的值，用于确定例如部件是否被准确地定向和定位成用于与另一个零件(词语“零件”和“部件”在本公开中可以互换使用并且通常指的是要与另一个结构联结的结构)联结。这一程序的一个限制涉及制造过程本身的性质。在使用机械加工和铸造来制造部件的情况下，例如，可以内置到部件中的计量特征的可允许的复杂性可能是有限的。在一些情况下，使用传统的减材制造来生产计量特征可能变得非常昂贵或耗时。在其他情况下，计量特征可以通过单独的组装过程与零件物理地结合，这进一步增加了整体组装过程的成本和复杂性。

3、在组装期间，在时间和空间上恰当地协调任务(包括待组装的部件的测量和对准)与其他任务可能同样具有挑战性。在使组装部分自动化或完全自动化的自动化制造工厂中，准确的测量技术可能变得更加困难。工厂可能使用工作站和机器人或任何性质的自动化设备(通常为“机器人”)。用于对准不同部件以与其他零件联结或进行精确测量的现有可用装备通常是不够的。例如，现有的测量装置或机器人可能需要在组装期间在一个或多个点处接触零件以检索测量值。这种接触可能会干扰其他必要的任务(包括零件的稳定和定位)。组装单元的局部性质可能对装备的使用产生进一步的约束，限制其性能。组装单元的潜在拥挤性质以及能够充分用作部件上的参考点的计量特征的固有限制仅仅是本公开的一个或更多个特征所解决的问题中的几个。

4、响应于上述挑战，介绍了本公开的各方面，以实现用于车辆、飞机、航天器或其他结构的部分或完全地无固定件组装过程。在各种实施例中，可以使用无接触计量设备来显著降低组装过程中的上述复杂性。通过使用用3-d打印部件打印的独特计量特征可以部分地或全部地实现无接触计量。例如，这些计量特征可以允许远程测量装置使用激光检测器或其他光源以使用打印特征来收集计量数据。在各个方面中，测量装置可以将平面检测(例如，被测量的部件的平面)和计量特征检测(例如，球形部分)相结合，以去除背景数据并且运行识别部件内的计量特征位置的算法。

5、在本公开的一个方面中，公开了一种3-d打印部件。该部件包括布置在部件的表面上的不同特征位置处的多个计量特征。计量特征被配置成使测量设备能够检测特征位置并且基于检测到的特征位置至少确定部件位置或部件定向。计量特征中的每一个与部件一起打印。

6、在本发明的另一个方面中，一种设备包括用于3-d打印部件的测量装置。该部件包括布置在部件的表面上的不同特征位置处的多个打印计量特征。测量装置被配置成检测打印的计量特征的特征位置并且基于检测到的特征位置至少确定部件位置或部件定向。

7、为了实现前述及相关目标，一个或更多个方面包括在下文充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下的描述和附图详细地阐述了一个或更多个方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅指示了可以采用各个方面的原理的各种方式中的一些方式，并且本描述旨在包括所有这些方面及其等效物。

技术特征：

1.一种3-d打印部件，其包括：

2.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征包括三个计量特征，其中，所述三个计量特征被配置成使得所述测量装置能够对所述特征位置进行三角测量。

3.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，并且所述第一计量特征的形状包括球体的一部分。

4.根据权利要求3所述的3-d打印部件，其中，所述球体的该部分包括从表面突出的球形部分或从表面凹陷的球形部分。

5.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述计量特征中的至少一个至少包括圆锥体或棱锥体。

6.根据权利要求5所述的3-d打印部件，其中，所述棱锥体包括三面棱锥体或四面棱锥体。

7.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述部件包括节点。

8.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征中的每一个位于来自测量装置的能量束的入射角度的范围内的表面上，角度的范围是能相对于垂直于所述表面的坐标轴测量的并且表示测量装置的最大视场。

9.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征中的每一个的形状和位置被选择以允许机器人同时地或按顺序地接触部件以稳定、重新定向或重新定位部件。

10.根据权利要求9所述的3-d打印部件，其中，能够在稳定、重新定向或重新定位事件期间进行测量，而不必使机器人与部件脱离。

11.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，其中，所述第一计量特征的位置被选择以允许多于一个的机器人同时地或选择性地按顺序接近部件以执行一种或更多种功能。

12.根据权利要求11所述的3-d打印部件，其中，所述一种或更多种功能包括附接或移除机械固定件、将部件与另一个零件对准、施加粘合剂、使用工具、打磨部件或对部件进行机械加工。

13.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，所述第一计量特征与部件上的接合特征具有最小的偏离距离，使得能够同时执行抓取功能和测量功能。

14.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述计量特征中的至少一个被配置成在组装部件之后被移除。

15.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述计量特征被配置成能够从测量装置进行无接触测量。

16.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其中，所述多个计量特征包括第一计量特征，并且所述第一计量特征包括部件的表面的大致平面状部分。

17.根据权利要求16所述的3-d打印部件，其中，所述第一计量特征进一步至少包括从所述大致平面状部分突出的突出部分或从所述大致平面状部分凹入的凹陷部分。

18.根据权利要求17所述的3-d打印部件，其中，所述大致平面状部分至少包围所述突出部分或凹陷部分。

19.根据权利要求1所述的3-d打印部件，其进一步包括：

20.根据权利要求19所述的3-d打印部件，其中，所述接合特征基于所述特征位置来定位，使得所述计量特征在所述机器人的组装操作期间不会被所述测量装置遮挡。

21.一种设备，其包括：

22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述测量装置被配置成检测球体的从所述表面上突出或凹入的部分并且确定球体的被检测部分包括所述多个计量特征中的一个。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述测量装置被配置成将所述第一计量特征的特征位置定义为位于所述球体的该部分的中心处。

24.根据权利要求21所述的设备，其中，所述测量装置被配置成通过确定所述计量特征中的每一个的检测到的特征位置和相应的标称特征位置之间的最小二乘最小化来至少确定所述部件位置或部件定向。

25.根据权利要求21所述的设备，其中：

26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述测量装置进一步被配置成将所确定的计量特征中的一个的特征位置定义为所述圆锥体或棱锥体的顶点。

27.根据权利要求21所述的设备，其中，所确定的至少一个部件位置或至少一个部件定向包括与所述部件相对应的联结系的测量。

28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述联结系包括邻近所述部件的坐标系，用于将所述部件与另一个结构联结。

29.根据权利要求27所述的设备，其中，所述联结系被定向成沿着所述部件中的接头的插入向量。

30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述接头包括用于在舌-槽连接中使用的凹槽。

31.根据权利要求21所述的设备，其中，所述测量装置包括激光检测器。

32.根据权利要求21所述的设备，其中，所述测量装置被配置成对所述特征位置进行三角测量并且基于三角测量来至少确定所述部件的部件位置或部件定向。

33.根据权利要求21所述的设备，其中，所述设备包括机器人；

技术总结
公开了用于实施3‑D打印的计量特征几何形状和检测的各方面。设备可以是用于3‑D打印部件的测量装置。该部件可以包括布置在部件的表面上的不同特征位置处的多个打印的计量特征。测量装置可以被配置成检测打印的计量特征的特征位置并且基于检测到的特征位置确定部件的位置或定向。在各种实施例中，计量特征可以是突出的或凹陷的球形部分，其中相应的特征位置在球体的中心处。

技术研发人员：基思·麦凯,理查德·金斯顿,卢卡斯·菲利普·辛格,雅各布·普赖斯,萨姆·米勒,阿伦·德雷奇凯,埃里克·蒙蒂斯
受保护的技术使用者：戴弗根特技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15