CN108247312A - 多点压紧式大型设备的高精度装配工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多点压紧式大型航天设备的高精度装配工艺，包括分离‑测量‑转移‑测量‑位姿调节‑装配步骤，通过测量辅具与压紧座的精确配合，使用激光跟踪仪对设备各压紧点的位置与姿态进行测量，并通过对两组数据进行比对和分析，最终得出所有压紧点的位置度协调数据并给出各压紧座的位姿调整量，通过位姿调整量将所有压紧座一次性调整到位，实现设备在满足装舱精度要求的前提下一次性装舱到位。本发明可实现多点压紧式大型航天设备在保证安装精度的前提下的一次性装舱到位，满足降低操作复杂度和操作风险、提高装舱效率的要求。

Description

多点压紧式大型设备的高精度装配工艺

技术领域

本发明属于航天器总装技术领域，具体涉及一种基于精测法的多点压紧式大型航天设备的装配工艺方法。

背景技术

空间站作为超大型载人航天器，舱上设备具有大型化、结构复杂化、布局紧凑化、安装要求精度高等特点。其中以空间机械臂与太阳电池翼为代表的多点压紧式大型设备在装舱过程中，因其结构复杂且安装精度要求极高，故对装配实施过程带来了不小的挑战。

多点压紧式大型设备通过多个处于不同平面的压紧点锁紧安装方式与舱体进行连接。每个压紧点包括上压紧座和下压紧座，上压紧座由设备自带，下压紧座安装在舱体上，上、下压紧座对接的精度要求非常高。此外，每个压紧点的空间位置相对复杂、相对距离远，安装过程存在安装精度传递难度大、安装位置可达性差等问题。常规的装配工艺方法是采用先粗装下压紧座然后通过吊装设备，通过上压紧座与下压紧座的位置比对，对下压紧座实施调整，最终实现上下压紧座对正。因单台设备压紧点数量多，布局复杂，故一次性吊装比对难以保证所有压紧座的安装精度，只能采取多次吊装比对和压紧座位置调整的方式来进行安装，耗时较长，可操作性较差，且存在较高的风险。

为满足多点压紧式大型设备装配的需要，有效克服常规装配方法在实施过程中存在的诸多问题，需要采取全新的装配工艺方法，在满足设备精度要求的前提下，达到降低操作复杂度和操作风险、提高装舱效率的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于多点压紧式大型航天设备的高精度装配工艺，该工艺采用激光跟踪仪精测手段，可有效克服大型设备常规装配方法中存在的耗时长、可操作性差、风险高等问题，实现多点压紧式大型航天设备在满足装舱精度要求的前提下一次装舱到位，从而降低操作复杂度和操作风险，有效提高总装效率。

本发明是通过如下技术方案实现的：

用于多点压紧式大型航天设备的高精度装配工艺，包括分离-测量-转移-测量-位姿调节-装配步骤，具体为：

1)多点压紧式大型设备与模拟墙分离

通过设备吊装工装，将设备上所有压紧点与模拟墙解锁后，将设备吊离模拟墙并落放至停放支架上；

2)测量模拟墙上的下压紧座数据

设置激光跟踪仪并调整激光跟踪仪站位，使激光跟踪仪能够测量到模拟墙上各下压紧座，并按照设备安装要求基准建立坐标系，安装测量辅具并测量，将测量辅具依次安装在多点压紧式大型设备的各压紧座配合面的孔处，对测量辅具上的四个测量点及中心位置使用激光跟踪仪跟踪靶球进行测量，直至完成对模拟墙上所有下压紧座的测量，并保存测量数据；

3)转移模拟墙上的下压紧座

将所有下压紧座从模拟墙依次拆卸下来，并安装至舱体对应位置；

4)测量舱体压紧座数据

将所有下压紧座在舱体上安装到位后，通过旋转舱体至合适位置，保证压紧座的安装位置可测量，然后将激光跟踪仪摆放至可测量全部压紧座的位置，以同样的基准建立坐标系，在第一压紧座安装测量辅具，对测量辅具的四个测量孔进行测量，将测量辅具取下并安装至第二压紧座，进行测量，依次对全部压紧座进行测量并获得测量数据；

5)一次调节压紧座安装位姿

数据采集完成后，对两组数据进行比对，得到舱体上各压紧座每个安装孔需要补偿的高度值，以及需要平移的距离，对下压紧座的位姿进行调节，调节分为两部分，一部分为垫片调整，根据控制装置得出的不同定位孔垫片补偿量对压紧座进行调节；另一部分为沿配合面的位置调整，调整过程中将测量辅具安装至压紧座上，通过激光跟踪仪引导测量辅具中央孔坐标完成平移，将压紧座移动到满足精度要求的位置；

6)设备吊装

待舱体上所有压紧座调整到位后，将设备从停放支架上吊装至舱体，实施装配与对接。

其中，模拟墙是多点压紧式大型设备的转运支架，与设备的对接面与航天器舱体完全一致，模拟墙上的压紧座安装位姿已严格精确，作为舱体压紧座安装位姿精度的基准。

其中，按照设备安装要求基准建立坐标系包括在空间任何点建立坐标系，以此作为测量基准。

进一步地，用空间任何点建立坐标系，但坐标系三个轴相对于下压紧座的拓扑结构不变。

其中，将所有下压紧座从模拟墙依次拆卸下来，并安装至舱体对应位置，也可替换为使用另一套加工精度相同的下压紧座直接装舱。

其中，测量辅具包括基座和设置在基座下方的圆柱形突起，其中，基座四个角设置圆孔，基座中心位置中央同样设置圆孔。

其中，测量辅具底座四个棱边处均为圆角，直接通过铣削加工而成。

其中，测量辅具的基座与圆柱形突起之间一体连接。

本发明提出的用于多点压紧式大型航天设备的高精度装配工艺方法达到了以下效果：

1)有效避免了常规装配方法中往复吊装设备进行试装比对的情况，提高了装舱效率的同时降低了大型设备往复吊装带来的风险；

2)采用精测的方法，通过激光跟踪仪、测量辅具的有效结合，可实现多点压紧式大型设备的下压紧座从模拟墙到舱体上的安装精度的精确传递，保证设备的安装满足精度要求；

3)在设备装舱前对舱上安装的下压紧座进行位置度调整的方案，操作可达性和舒适性较高，有效降低装配过程的复杂性和工作量。

本发明提出的装配工艺方法，原则上可实现多点压紧式大型航天设备在保证安装精度的前提下的一次性装舱到位，满足降低操作复杂度和操作风险、提高装舱效率的要求。

附图说明

图1为本发明的装配工艺方法采用的多压紧点装配精测法位置度传递应用流程；

图2(a)为实施本发明的装配方法中使用的测量辅具的正面结构示意图；

图2(b)为实施本发明的装配方法中使用的测量辅具的背面结构示意图；

图3为本发明的装配方法中使用激光跟踪仪测量模拟墙的过程示意图；

图4为本发明的装配方法中使用激光跟踪仪测量舱体上的下压紧座示意图；

图5为本发明的装配方法中一体调节下压紧座的示意图。

图3、4、5中，1为设备下压紧座，2为设备模拟墙，3为激光跟踪仪，4为航天器舱体，5为测量辅具，6为激光跟踪仪测量靶球。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

参见图1，图1显示了本发明的装配工艺方法采用的多压紧点装配精测法位置度传递应用流程。其中，该应用流程包括以下主要过程：首先，设备吊离基准工装(如模拟墙)后，使用精测方法测量基准工装上的连接件底座(如下压紧座)，获得连接件底座的位姿数据基准值，然后将连接件底座从基准工装上拆下，安装到装配体(如航天器舱体)上，然后使用同样的精测方法测量装配体上的连接件底座，获得连接件底座在装配体上的位姿数据实测值。将基准值和实测值通过位姿分析控制装置进行比对分析后，分别解算出连接件底座各安装孔位的高度调整值以及连接件底座整体沿安装平面的位置调整值，再根据该调整值实施连接件底座的位姿调整。调整到位后，最后进行设备的正式吊装，完成后续装配。

本发明根据精测法的特点以及测量设备的使用方式而实现，本发明的多点压紧式大型航天设备的装配工艺可以分为六个阶段：分离-测量-转移-测量-位姿调节-装配。

1)设备与模拟墙分离。安装设备吊装工装，将设备上所有压紧点与模拟墙进行解锁后，将设备吊离模拟墙并落放至停放支架上。其中，模拟墙是多点压紧式大型设备的转运支架，与设备的对接面与航天器舱体完全一致，模拟墙上的压紧座安装位姿已严格精确，可作为舱体压紧座安装位姿精度的基准。

2)测量模拟墙压紧座数据。如图2(a)和图2(b)所示，图2(a)和图2(b)分别显示了实施本发明的装配方法中使用的测量辅具5的正面和背面结构示意图，该测量辅具5包括基座和设置在基座上的圆柱形突起，其中，基座四个角设置圆孔，圆柱形中央同样设置圆孔，测量辅具底座四个棱边处均为圆角，直接通过铣削加工而成。图3显示了本发明的装配方法中使用激光跟踪仪测量模拟墙的过程示意图，其中，先调整激光跟踪仪3站位，使激光跟踪仪3能够观察到设备模拟墙2上各设备下压紧座1，并按照设备安装要求基准建立坐标系(也可以用空间任何点建立坐标系)，安装测量辅具5并测量，将测量辅具5依次安装在各压紧座配合面的孔处，对测量辅具5上的四个测量点及中心位置使用激光跟踪仪跟踪靶球6进行测量，直至对设备模拟墙2上所有设备下压紧座1进行测量，并保存测量数据。

3)转移模拟墙压紧座。将所有设备下压紧座2从模拟墙依次拆卸下来，并安装至舱体对应位置。此项也可以改为使用另一套加工精度相同的下压紧座直接装舱，具体操作需结合安装技术要求和总装工况而定。

4)测量舱体压紧座数据。如图4所示，图4为本发明的装配方法中使用激光跟踪仪测量舱体上的下压紧座示意图，将所有设备下压紧座1在航天器舱体4上安装到位后，通过旋转航天器舱体4至合适位置，保证尽量多压紧座的安装位置可以被测量，然后将激光跟踪仪3摆放至可以测量全部压紧座位置，以同样的基准建立坐标系(也可以用空间任何点建立坐标系，但坐标系三个轴相对于压紧座拓扑结构不变)。在1号压紧座安装测量辅具5，对测量辅具5的四个测量孔和中心位置孔进行测量，将测量辅具取下并安装至2号压紧座，进行测量，依次对全部压紧座进行测量并获得测量数据。

5)数据比对解算与压紧座安装位姿调节。数据采集完成后，通过位姿控制装置，运用相关控制方式对两组数据进行比对和分析解算，得到舱体上各压紧座每个安装孔需要补偿的高度值，以及需要平移的距离。图5为本发明的装配方法中一体调节下压紧座的示意图，其中，测量辅具5的圆柱形突起插入到下压紧座1的安装面中心圆孔内，与圆孔实现同直径同公差孔轴配合，测量辅具5的基座下表面与下压紧座1的安装面紧密贴合。调节时，分别将靶球6紧靠在测量辅具1基座上的五个圆孔位置，通过激光跟踪仪测出五组原始数据并实时传入位姿分析控制装置，控制装置会实时得出下压紧座1需要沿配合面的平移调节量以及3个安装孔位需要调节的高度值，待下压紧座1的平移调节量和高度调节量均低于前期设定的精度误差范围，则认为已调整到位，满足精度安装要求。压紧座的调整分为两部分，一部分为垫片调整，根据控制装置得出的不同定位孔垫片补偿量对压紧座进行调节；另一部分为位置调整(沿配合面)，调整过程中将测量辅具安装至压紧座上，通过激光跟踪仪引导测量辅具中央孔坐标完成平移，通过位姿分析控制装置的动态提示将压紧座移动到满足精度要求的位置。

6)设备吊装。待舱体上所有压紧座调整到位后，将设备从停放支架上吊装至舱体，实施装配与对接以及后续工作。

以上步骤中的第1)和2)项可在设备安装前期完成。如果实际工况中同一设备需要多次拆装，则第2)项工作只需执行1次。

尽管上文对本发明专利的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围之内。

Claims (8)

1.用于多点压紧式大型航天设备的高精度装配工艺，包括分离-测量-转移-测量-位姿调节-装配步骤，具体为：

1)多点压紧式大型设备与模拟墙分离

通过设备吊装工装，将设备上所有压紧点与模拟墙解锁后，将设备吊离模拟墙并落放至停放支架上；

2)测量模拟墙上的下压紧座数据

设置激光跟踪仪并调整激光跟踪仪站位，使激光跟踪仪能够测量到模拟墙上各下压紧座，并按照设备安装要求基准建立坐标系，安装测量辅具并测量，将测量辅具依次安装在多点压紧式大型设备的各压紧座配合面的孔处，对测量辅具上的四个测量点及中心位置使用激光跟踪仪跟踪靶球进行测量，直至完成对模拟墙上所有下压紧座的测量，并保存测量数据；

3)转移模拟墙上的下压紧座

将所有下压紧座从模拟墙依次拆卸下来，并安装至舱体对应位置；

4)测量舱体压紧座数据

将所有下压紧座在舱体上安装到位后，通过旋转舱体至合适位置，保证压紧座的安装位置可测量，然后将激光跟踪仪摆放至可测量全部压紧座的位置，以同样的基准建立坐标系，在第一压紧座安装测量辅具，对测量辅具的四个测量孔进行测量，将测量辅具取下并安装至第二压紧座，进行测量，依次对全部压紧座进行测量并获得测量数据；

5)调节压紧座安装位姿

数据采集完成后，对两组数据进行比对，得到舱体上各压紧座每个安装孔需要补偿的高度值，以及需要平移的距离，对下压紧座的位姿进行调节，调节分为两部分，一部分为垫片调整，根据控制装置得出的不同定位孔垫片补偿量对压紧座进行调节；另一部分为沿配合面的位置调整，调整过程中将测量辅具安装至压紧座上，通过激光跟踪仪引导测量辅具中央孔坐标完成平移，将压紧座移动到满足精度要求的位置；

6)设备吊装

待舱体上所有压紧座调整到位后，将设备从停放支架上吊装至舱体，实施装配与对接。

2.如权利要求1所述的工艺，其中，模拟墙是多点压紧式大型设备的转运支架，与设备的对接面和航天器舱体完全一致，模拟墙上的压紧座安装位姿已严格精确，作为舱体压紧座安装位姿精度的基准。

3.如权利要求1所述的工艺，其中，按照设备安装要求基准建立坐标系包括在空间任何点建立坐标系，以此作为测量基准。

4.如权利要求1所述的工艺，其中，用空间任何点建立坐标系，但坐标系三个轴相对于下压紧座的拓扑结构不变。

5.如权利要求1所述的工艺，其中，将所有下压紧座从模拟墙依次拆卸下来，并安装至舱体对应位置，也可替换为使用另一套加工精度相同的下压紧座直接装舱。

6.如权利要求1所述的工艺，其中，测量辅具包括基座和设置在基座上的圆柱形突起，其中，基座四个角设置圆孔，圆柱形中央同样设置圆孔。

7.如权利要求6所述的工艺，其中，测量辅具底座四个棱边处均为圆角，直接通过铣削加工而成。

8.如权利要求7所述的工艺，其中，基座与圆柱形突起之间一体连接。