CN103135616A - 一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置，它包括由背架和支撑面板的连杆机构组成的机械系统、由激光跟踪仪测量主机、控制主机以及笔记本电脑组成的型面精度测量系统和由力传感器、参数采集系统、笔记本电脑组成的型面精度关键参数采集系统；一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面方法有四大步骤。本发明根据高精度面板制造的型面精度误差分布，通过合理选择调整位置，采用较少的调整点就可以大幅提高高精度面板的型面精度。本发明完全面向工程应用，对于提高夹层结构高精度面板的型面精度是非常有效的，可有效提高紧缩场整体反射面的装调精度。

Description

一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置及调节方法

技术领域：

本发明涉及一种大型高精度面板的型面调节方法，具体涉及一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置及调节方法，属于机械工程/精密制造技术领域。

背景技术：

随着现代通讯和军事技术的高速发展，对天线电气性能的要求越来越高，大型高精度反射面作为建造大型紧缩场的基础和关键，正不断向着更大面积和更高精度的方向发展，而构成反射面的大尺寸高精度面板的制造和装调等技术难题成为建造超大型紧缩场亟需突破的关键技术瓶颈。高精度面板的制造精度可以通过优化关键技术参数得到提高，但是保存、运输、装调等多个过程以及环境因素的影响都会对面板精度造成损失，并且在制造和使用等多个环节过程中对面板精度造成的损失很多情况下是永久的，进而影响紧缩场反射面的最终精度。因此，若能够在高精度面板装调技术的基础上，研究出一种高精度面板的型面调节技术，有效修正或减少高精度面板局部区域的型面误差，达到提高反射面型面精度的目的，使其发挥出更好的电气性能，将对紧缩场反射面的建造具有重要的工程应用价值。

本专利申请中涉及的夹层结构是由三层铝板、两层蜂窝及板芯胶组成，通过在模具上逐层铺设，采用真空袋密封形成负压，待胶固化后形成蜂窝夹层结构高精度面板（下文简称夹层板），成形方式如图1所示。

另经申请人在大量的研究与实验过程中所了解，现有高精度反射面的建造中主要存在以下问题：

1、目前单块面板制造的峰值误差可能达到0.15mm以上，已无法满足紧缩场的电气设计要求。

2、高精度面板在保存和运输过程中可能受到温度等因素的影响，型面精度可能受到很大损失。

3、基于现有的精密成形制造工艺，增大夹层板的制造面积仍然能够保证夹层板具有很高的型面精度，相比于机械加工方法夹层结构具有较高的比刚度，适合应用型面调节。

因此，建造紧缩场反射面过程中只利用单块高精度面板的制造精度和装配过程获取较高的型面精度的方法已不能满足大型紧缩场反射面的设计要求，需要建立能够提高反射面型面精度的方法，以提高大型紧缩场高精度反射面的建造水平。

发明内容：

1、目的：本发明的目的在于提供一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置及调节方法，使单块高精度反射面的峰值误差和型面精度都在电气设计要求的范围内，进而实现紧缩场反射面的高精度和良好的电气性能的设计目标。高精度面板型面调节技术是指通过在某种有型面精度要求的高精度面板背后连接若干调节单元（原有的4个面板悬挂连杆机构和增加辅助微调连杆机构两种形式），对夹层结构面板型面施加一定的力或位移，使原有的面板局部产生一定的强迫变形，迫使其达到或趋近于要求的型面。本专利申请主要解决高精度面板型面调节过程中调节点的位置、调节点的数量和调节方式等方面的问题，从工程应用的角度考虑，我们希望利用较少的调整点，通过优化调整位置和影响区域，实现面板型面精度的高效调节。

2、技术方案：

（1）本发明一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置，它包括由背架和支撑面板的连杆机构组成的机械系统、由激光跟踪仪测量主机、控制主机以及笔记本电脑组成的型面精度测量系统和由力传感器、参数采集系统、笔记本电脑组成的型面精度关键参数采集系统。它们之间的位置连接关系是：背架通过地脚螺栓与地基相连，连杆机构的一部分通过螺栓与背架连接，另一部分通过螺钉、螺孔与高精度面板背面的加强板连接，力传感器两端通过螺孔分别与连杆机构的螺纹杆连接，来实现调形过程中的数据采集；力传感器通过数据线与参数采集系统上的6个通道接口连接，实现采集数据的传输，参数采集系统通过数据线与笔记本电脑连接，并通过笔记本电脑上的数据采集软件可以对数据进行实时监控可采集处理；激光跟踪仪测量主机通过数据线与控制主机相连，笔记本电脑通过数据线与控制主机相连，通过笔记本电脑上的SpatialAnalyzer(SA)软件进行测量数据的处理。

所述背架，其外形为长方形，它选用空间杆件钢结构作为背架的结构形式，杆件截面为矩形的钢管型材，各杆件之间通过焊接或螺栓连接的方式连接，具有刚度大、传力直接、材料利用充分、结构效率高的优点，可按要求自制；

所述连杆机构，因其需与力传感器相连，故需要由一端带有螺纹杆的两部分组成，其除了具有连接高精度面板和背架的作用，还需具有多个自由度的微调功能，可按要求在市场选购；

所述力传感器，其需要与连杆机构连接，故需要根据连杆机构螺纹杆的尺寸进行选型，可按要求在市场选购；

所述参数采集系统，其包括数据采集卡和控制箱，可按要求自制或在市场上购买；

所述激光跟踪仪测量主机、控制主机是一套专业的测量设备，可按要求在市场上选购；

所述数据采集软件，需根据数据采集系统的信号通道数量进行设计，可按要求自制或在市场上选购；

所述SA软件是专业的测量软件，可按要求在市场上选购；

所述笔记本电脑为SA测量软件自带的笔记本电脑。图2所示为高精度面板的型面调节装置示意图；图3所示为调节力测试原理图。

（2）本发明一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：按照要求将高精度面板初装并初调，把四个靶标点调整到理论位置，测量形面并计算型面精度，得到型面精度误差分布云图，根据计算结果判断是否满足设计要求，如满足则终止调节，若不满足则进行步骤二；

步骤二：根据步骤一中测量所得到的误差分布确定调整点的分布和调整量；在背架上对应每块面板的中心处和四个角区域处预留安装微调连杆的位置。面板中心处的微调连杆可用来调节面板整体焦距和中心区域的精度误差，而面板四个角点的微调连杆位置可在面板初调完成后，根据实际型面精度和边缘情况在现场确定具体安装位置，以对角点区域的型面精度进行调节。

步骤三：根据步骤二中确定的方案逐次对高精度面板进行调节，每一次调节后都需要重新测量型面精度；调整方式采用误差计算、分步调整、逐渐逼近的策略，每次调整量可控制在0.03-0.05mm。

步骤四：当前后两次型面调节的RMS变化值小于3微米，就认为反射面型面已接近调整极限，停止调节。

调整点的位置是基于当前装配条件下型面精度误差的分布情况而定，原则上最好能够选择原有的四个主连杆作为调整点，这样可以使连杆在起到悬挂高精度面板作用的同时还能发挥连杆调形的作用，不必再增加微调机构。但是，如果只借助四个主连杆的调节作用仍然不能满足型面精度的要求，那么必须在适当的位置增加辅助微调连杆。增加辅助连杆不但要在高精度面板的背面增加连接加强板，还要在背架上设计安装可以连接辅助微调连杆的装置。因此，调整连杆的位置选择除了要考虑制造过程中面板型面精度的误差分布之外，还要考虑到安装连杆位置对背架设计的影响。连杆的调整方式主要采用连杆轴向移动的方式对高精度面板施加力，使高精度面板在设计坐标系中主要产生Z向变形。调整方式采用误差计算、分步调整、逐渐逼近的策略。针对调整点位置的型面误差大小情况，分多步进行调整，根据实际误差情况每次调整量可控制在0.03-0.05mm，每调整一次必须重新测量和分析误差情况，逐渐向理论型面逼近，当前后两次调整的RMS变化值小于3微米就认为已接近调整极限便停止调节。

本专利申请通过对大量夹层结构高精度面板型面精度误差分布进行统计分析，发现高精度面板型面精度的误差分步大致可归纳为以下三类：整体误差、局部误差和边角误差。整体误差是整个面板的误差分布呈现焦距的变大或变小以及扭变形等规律，而局部误差和边角误差主要出现在面板的中心和四个角区域，这会引起反射器抛物面焦距的变化和装配过程中边缘的不协调。综合以上分析，可确定在背架上对应每块面板的中心处和四个角区域处预留安装微调连杆的位置。面板中心处的微调连杆可用来调节面板整体焦距和中心区域的精度误差，而面板四个角点的微调连杆位置可在面板初调完成后，根据实际型面精度和边缘情况在现场确定具体安装位置，以对角点区域的型面精度进行调节。

3、优点及功效：本发明具有以下优点及突出性效果：

1）该型面调节方法完全是面向工程应用的，对于提高夹层结构高精度面板的型面精度是非常有效的，可有效提高紧缩场整体反射面的装调精度。

2）根据高精度面板制造的型面精度误差分布，通过合理选择调整位置，采用较少的调整点就可以大幅提高高精度面板的型面精度。

3）调整点的调整量可近似根据待调整区域的误差量按相应倍数的放大或缩小进行预估，实际调节过程采用分步调节、逐步逼近的方式，每次调整0.03-0.05mm，每调整一次后必须对型面重新进行测量。

附图说明：

图1蜂窝夹层结构高精度面板示意图

图2高精度面板型面调节装置

图3调节力测试原理图

图4(a)为高精度面板误差分布示意图

图4(b)为根据高精度面板误差分布而设置的主调整点和微调调整点位置示意图

图5高精度面板型面调节操作流程示意图

图中标号及符号说明如下：

1、工作板（铝板）；2、中接板（铝板）；3、背板（铝板）；4、蜂窝芯；

5、垫板；6、模具；7、大理石平台；8、机械系统；9、背架；10、连杆

机构；11、力传感器；12、参数采集系统；13、电脑；14、激光测量控制

主机；15、激光跟踪仪；16、面板左下角主调整点；17、面板左上角主调

整点；18、面板右上角主调整点；19面板右下角主调整点；20、面板中心

位置微调整点；21、面板左下角微调整点。

具体实施方式：

（1）见图2，本发明一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置，它包括由背架和支撑面板的连杆机构组成的机械系统、由激光跟踪仪测量主机、控制主机以及笔记本电脑组成的型面精度测量系统和由力传感器、参数采集系统、笔记本电脑组成的型面精度关键参数采集系统。它们之间的位置连接关系是：背架通过地脚螺栓与地基相连，连杆机构的一部分通过螺栓与背架连接，另一部分通过螺钉、螺孔与高精度面板背面的加强板连接，力传感器两端通过螺孔分别与连杆机构的螺纹杆连接，来实现调形过程中的数据采集；力传感器通过数据线与参数采集系统上的6个通道接口连接，实现采集数据的传输，参数采集系统通过数据线与笔记本电脑连接，通过笔记本电脑上的数据采集软件可以对数据进行实时监控可采集处理；激光跟踪仪测量主机通过数据线与控制主机相连，笔记本电脑通过数据线与控制主机相连，并通过笔记本电脑上的SpatialAnalyzer(SA)软件进行测量数据的处理。

所述背架，其外形为长方形，它选用空间杆件钢结构作为背架的结构形式，杆件截面为矩形的钢管型材，各杆件之间通过焊接或螺栓连接的方式连接，具有刚度大、传力直接、材料利用充分、结构效率高的优点，可按要求自制；

所述连杆机构，因其需与力传感器相连，故需要由一端带有螺纹杆的两部分组成，其除了具有连接高精度面板和背架的作用，还需具有多个自由度的微调功能，可按要求在市场选购；

所述力传感器，其需要与连杆机构连接，故需要根据连杆机构螺纹杆的尺寸进行选型，可按要求在市场选购；

所述参数采集系统，其包括数据采集卡和控制箱，可按要求自制或在市场上购买；

所述激光跟踪仪测量主机、控制主机是一套专业的测量设备，可按要求在市场上选购；

所述SA软件是专业的测量软件，可按要求在市场上选购；

所述笔记本电脑为SA测量软件自带的笔记本电脑。

图1为蜂窝夹层结构高精度面板示意图，图3为所示为调节力测试原理图。（2）见图5，本发明一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节方法，该方法具体步骤如下：

步骤一：按照要求将高精度面板初装并初调，把四个靶标点调整到理论位置，测量形面并计算型面精度，得到型面精度误差分布云图，根据计算结果判断是否满足设计要求，如满足则终止调节，若不满足则进行步骤二；

步骤二：根据步骤一中测量所得到的误差分布确定调整点的分布和调整量；在背架上对应每块面板的中心处和四个角区域处预留安装微调连杆的位置。面板中心处的微调连杆可用来调节面板整体焦距和中心区域的精度误差，而面板四个角点的微调连杆位置可在面板初调完成后，根据实际型面精度和边缘情况在现场确定具体安装位置，以对角点区域的型面精度进行调节。

步骤三：根据步骤二中确定的方案逐次对高精度面板进行调节，每一次调节后都需要重新测量型面精度；调整方式采用误差计算、分步调整、逐渐逼近的策略，每次调整量可控制在0.03-0.05mm。

步骤四：当前后两次型面调节的RMS变化值小于3微米，就认为反射面型面已接近调整极限，停止调节。

调整点的位置是基于当前装配条件下型面精度误差的分布情况而定，原则上最好能够选择原有的四个主连杆作为调整点，这样可以使连杆在起到悬挂高精度面板作用的同时还能发挥连杆调形的作用，不必再增加微调机构。但是，如果只借助四个主连杆的调节作用仍然不能满足型面精度的要求，那么必须在适当的位置增加辅助微调连杆。增加辅助连杆不但要在高精度面板的背面增加连接加强板，还要在背架上设计安装可以连接辅助微调连杆的装置。因此，调整连杆的位置选择除了要考虑制造过程中面板型面精度的误差分布之外，还要考虑到安装连杆位置对背架设计的影响。连杆的调整方式主要采用连杆轴向移动的方式对高精度面板施加力，使高精度面板在设计坐标系中主要产生Z向变形。调整方式采用误差计算、分步调整、逐渐逼近的策略。针对调整点位置的型面误差大小情况，分多步进行调整，根据实际误差情况每次调整量可控制在0.03-0.05mm，每调整一次必须重新测量和分析误差情况，逐渐向理论型面逼近，当前后两次调整的RMS变化值小于3微米就认为已接近调整极限便停止调节。

见图1，夹层结构高精度面板由三层铝板、两层蜂窝的五层结构组成，结构刚度适合型面调节。型面调节技术总的实现过程为：先对面板制造完成后的型面误差分布进行分析，根据误差分布来选择主悬挂连杆和布置辅助调整连杆作为型面调节点，再利用型面调节点对面板施加拉或顶的调节，以实现提高型面精度、减少峰值误差的目的。下面进行具体的描述。

（一）测量和分析面板型面精度误差分布

根据型面精度误差分布的普遍特点，选择一块具有代表性的高精度面板，利用激光跟踪仪对高精度面板的型面精度进行测量，型面精度误差分布如图4（a）所示。从图中可以看出面板的中间区域的误差为正，左下和右上对角为负。针对误差分布情况分析，利用16，18号主调整连杆对面板进行顶调节，在面板中心区增加20号辅助调整连杆进行拉调节，对左下角进行增加21号辅助调整连杆进行顶调节，如图4（b）所示，可实现提高型面精度、减少峰峰值误差的目的。

（二）以面板的主悬挂点作为调整点进行型面调节

在优先考虑面板型面精度和最大偏差值的前提下，利用主调整连杆提高面板的整体型面精度，是一种兼顾面板整体型面精度和局部精度的调形策略。按照图5面板的型面调节流程图，以四个主悬挂连杆作为调整点对高精度面板型面精度进行顶调节。但由于四个连杆控制区域有限，仍采用四个主连杆调节已经无法使型面精度再发生大的改善，因此，可以在合适的位置增加辅助微调连杆，将成为进一步提高型面精度的必要手段。

（三）以辅助微调连杆作为调整点进行型面调节

为进一步提高面板型面精度，利用面板中心处的20号调整点和左下角的21号调整点对面板型面精度做进一步微调，微调应逐次进行，每次的调整量为0.03-0.05mm，每次调整完要对型面精度进行重新测量，当调节到调整连杆的调节量已无法再明显提高面板型面精度时终止。由于每个连杆控制区域有限，如对面板的型面精度要求较高，可在适当位置增加辅助微调连杆的数量，以达到提高型面精度的目的。

Claims (2)

1.一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节装置，其特征在于：它包括由背架和支撑面板的连杆机构组成的机械系统、由激光跟踪仪测量主机、控制主机以及笔记本电脑组成的型面精度测量系统和由力传感器、参数采集系统、笔记本电脑组成的型面精度关键参数采集系统；背架通过地脚螺栓与地基相连，连杆机构的一部分通过螺栓与背架连接，另一部分通过螺钉、螺孔与高精度面板背面的加强板连接，力传感器两端通过螺孔分别与连杆机构的螺纹杆连接，来实现调形过程中的数据采集；力传感器通过数据线与参数采集系统上的6个通道接口连接，实现采集数据的传输，参数采集系统通过数据线与笔记本电脑连接，并通过笔记本电脑上的数据采集软件对数据进行实时监控可采集处理；激光跟踪仪测量主机通过数据线与控制主机相连，笔记本电脑通过数据线与控制主机相连，通过笔记本电脑上的Spatial Analyzer即SA软件进行测量数据的处理；

所述背架，其外形为长方形，它选用空间杆件钢结构作为背架的结构形式，杆件截面为矩形的钢管型材，各杆件之间通过焊接或螺栓连接的方式连接，具有刚度大、传力直接、材料利用充分、结构效率高的优点，按要求自制；

所述连杆机构，因其需与力传感器相连，故需要由一端带有螺纹杆的两部分组成，其除了具有连接高精度面板和背架的作用，还需具有复数个自由度的微调功能，按要求在市场选购；

所述力传感器，其需要与连杆机构连接，故需要根据连杆机构螺纹杆的尺寸进行选型，按要求在市场选购；

所述参数采集系统，其包括数据采集卡和控制箱，按要求自制或在市场上购买；

所述激光跟踪仪测量主机、控制主机是一套专业的测量设备，按要求在市场上选购；

所述数据采集软件，需根据数据采集系统的信号通道数量进行设计，按要求自制或在市场上选购；

所述SA软件是专业的测量软件，按要求在市场上选购；

所述笔记本电脑为SA测量软件自带的笔记本电脑。

2.一种蜂窝夹层结构高精度面板的型面调节方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：按照要求将高精度面板初装并初调，把四个靶标点调整到理论位置，测量形面并计算型面精度，得到型面精度误差分布云图，根据计算结果判断是否满足设计要求，如满足则终止调节，若不满足则进行步骤二；

步骤二：根据步骤一中测量所得到的误差分布确定调整点的分布和调整量；在背架上对应每块面板的中心处和四个角区域处预留安装微调连杆的位置，面板中心处的微调连杆用来调节面板整体焦距和中心区域的精度误差，而面板四个角点的微调连杆位置可在面板初调完成后，根据实际型面精度和边缘情况在现场确定具体安装位置，以对角点区域的型面精度进行调节；

步骤三：根据步骤二中确定的方案逐次对高精度面板进行调节，每一次调节后都需要重新测量型面精度；调整方式采用误差计算、分步调整、逐渐逼近的策略，每次调整量控制在0.03-0.05mm；

步骤四：当前后两次型面调节的RMS变化值小于3微米，就认为反射面型面已接近调整极限，停止调节。

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