CN103234467B - 测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法及装置，属于工业检测技术领域，具体涉及一种测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法和利用该方法进行变直径固体火箭发动机粘接层厚度测量的装置。本发明通过利用一个位于发动机壳体内部激光位移传感器C，和两个位于发动机壳体外部的激光位移传感器A、B，测量的到发动机壳体表面的数值h12、h1、h2，调整使得激光位移传感器A和B到C所在水平面的垂直距离相等且为L，计算得出壳体厚度为d1=L-h12-h1-L1*(h2-h1)/L2,粘结层后重新测量获得壳体厚度d2,粘结层厚度为d=d1-d2，本发明还提供了一种利用上述方法进行具体测量的装置，该装置是对方法的具体利用；本发明是非接触测量且简单明了，很容易实现。

Description

测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法及装置

技术领域

本发明属于工业检测技术领域，具体涉及一种测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法和利用该方法进行变直径固体火箭发动机粘接层厚度测量的装置。

背景技术

固体火箭发动机装药结构有两类，一类有绝热层和衬层，一类仅有衬层无绝热层。其制作过程为：首先在发动机壳体内表面粘贴一层或多层绝热层或不粘贴绝热层，固化后在绝热层或发动机壳体内表面喷涂衬层并固化，最后填装推进剂。绝热层和衬层统称为粘接层，每一粘接层的厚度均有要求。由于粘接层一般为高分子非金属材料，高温固化后厚度会发生变化，固化后必须进行厚度测量，又由于固化后的粘接层较软且不允许在厚度测量过程中污染粘接层表面，故要求非接触厚度测量。

目前可用于固体火箭发动机粘接层测厚的方法有超声波测厚和涡流测厚。华北工学院（见中国专利号93118358.8）采用“板波诱发波超声检测技术”可在发动机外测接触测量钢质壳体内直接喷涂的衬层厚度（无绝热层）；涡流测厚方法通过将探头接触粘接层可检测钢质壳体发动机内粘接层厚度。这些方法均属于接触测厚，无法实现非金属壳体发动机粘接层厚度测量，难于实现粘接层在线、连续自动厚度测量。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种不受发动机壳体材质、形状的限制、非接触测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的检测方法和检测装置，实现粘接层厚度的非接触测量。

本发明所采用的技术方案是：一种测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法，按照如下的步骤进行：

步骤一、把变直径固体火箭发动机水平放置，在变直径固体火箭发动机的壳体外，在定心部的下方安装两个用于测量本体到变直径固体火箭发动机外表面垂直距离h1和h2的激光位移传感器A和B，在变直径固体火箭发动机的壳体内部安装一个用于测量本体到变直径固体火箭发动机内表面垂直距离h12的激光位移传感器C，调整激光位移传感器A、B、C，使得激光位移传感器A和B到C所在水平面的垂直距离相等且为L，测量激光位移传感器A和C在水平上的投影为L1，测量激光位移传感器A和B在水平上的投影为L2;

步骤二、在粘贴粘接层前，采集h1、h2、h12和L2数值，计算得出未粘贴粘接层的变直径固体火箭发动机的壳体厚度值d1，d1=L-h12-h1-L1*(h2-h1)/L2;

步骤三、在粘贴粘接层后，采用步骤二同样的步骤测得粘贴粘接层的变直径固体火箭发动机的壳体厚度值d2，计算得出粘接层的厚度为d，d=d2-d1；

重复以上步骤可以测量出多层粘接层的厚度。

一种利用上述测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法的测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的装置，包括测臂、测臂支架、测臂基座、激光位移传感器A、激光位移传感器B、激光位移传感器C、角度传感器、发动机基座、驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三、丝杠，测臂基座与发动机基座相邻放置且由槽钢焊接成长方体的框架，测臂支架安装在测臂基座上，发动机基座上安装有尺寸相等的两对支撑轮，每对支撑轮之间的中心与发动机基座的中心在同一垂直面上，变直径固体火箭发动机水平放置于两对支撑轮上，两对支撑轮的支撑点在变直径固体火箭发动机的定心部，测臂和变直径固体火箭发动机轴线平行，并在同一垂直面上，测臂由两根平行且在同一垂直面上的上测臂和下测臂组成，上测臂位于变直径固体火箭发动机外壳内，下测臂位于变直径固体火箭发动机外壳外下方，上测臂的一端固定在测臂支架上，另一端安装驱动电机一，驱动电机一上安装有用于测量本体到变直径固体火箭发动机内表面垂直距离h12的激光位移传感器C，下测臂与丝杠传动连接，下测臂上安装两个用于测量本体到变直径固体火箭发动机外表面垂直距离h1和h2的激光位移传感器A和激光位移传感器B，激光位移传感器A和激光位移传感器B分别位于每对支撑轮的中间，驱动电机三带动丝杠转动，驱动电机二通过同步带与靠近测臂基座一端的一对支撑轮的旋转轴连接，角度传感器安装于支撑轮的旋转轴上。

本发明具有以下特点：采用激光位移传感器对粘贴粘接层前后的两次测量，计算相应点位移变化，得到粘接层的厚度值，实现了发动机粘接层厚度的自动非接触测量。采用上测臂的激光位移传感器C测量的距离发动机内表面的位移，根据下测臂的两只激光位移传感器A和B测量距离发动机定心部下表面的位移，通过插值计算激光位移传感器C所在位置距离发动机外表面的位移，消除了发动机旋转产生的跳动对厚度测量的影响。上测臂和下测臂安装在同一测臂基座上，且测臂基座与发动机基座分离，最大限度地消除测臂水平移动和发动机旋转所产生的机械振动引起的测臂间距离的变化。通过控制激光位移传感器C的旋转，使得激光位移传感器C发出的激光与发动机的内表面垂直，可实现变直径发动机粘接层的厚度测量。可实现发动机粘接层厚度单截面测量、沿母线测量及螺旋线全扫描测量，并绘制粘接层截面厚度曲线、母线厚度曲线及厚度三维图像。

附图说明

    图1为本发明测量装置结构示意图；

图2 为发明测量粘贴粘接层前的轴向示意图；

图3为本发明测量粘贴粘接层前的切面示意图；

图4为本发明测量某一截面的三次测量位移值线形图；

图5为本发明测量过程绝热层和衬层厚度测量值线形图。

图中：1、上测臂，2、下测臂，3、激光位移传感器C,4、激光位移传感器A，5、激光位移传感器B，6、测臂支架，7、支撑轮，8、驱动电机三，9、驱动电机二，10、驱动电机一，11、丝杠，12、同步带，13、测臂基座，14、发动机基座，15、变直径固体火箭发动机，16、粘接层，17、角度传感器；曲线1描述的是粘贴绝热层和衬层厚度；曲线2描述的是粘贴绝热层的厚度；曲线3描述的是未粘贴粘接层的厚度；曲线4:描述的是绝热层厚度；曲线5描述的是衬层厚度。

具体实施方式

本发明装置采用一只激光位移传感器C安装于上测臂上，两只激光位移传感器A和B安装在下测臂上，变直径固体火箭发动机水平放置于发动机基座的两对支撑轮上，通过驱动电机实现上测臂的水平移动，发动机的匀速旋转，激光位移传感器C的旋转。具体实现方式如下：

如图1所示，变直径固体火箭发动机（15）水平放置于发动机基座（14）的两对支撑轮（7）上，两对支撑轮（7）的支撑点在变直径固体火箭发动机（15）的定心部。上测臂（1）的一端安装在测臂支架（6）上，激光位移传感器C（3）安装在上测臂（1）的一端，下测臂（2）的一端与丝杠传动连接上，激光位移传感器A（4）和激光位移传感器B（5）分别安装在位于每对支撑轮（7）的中间的下测臂（2）上，且高度相同；测臂支架（6）安装在测臂基座（13）上；上测臂（1）的激光位移传感器C（3）测量本体距离变直径固体火箭发动机（15）内表面的位移，下测臂（2）的两只激光位移传感器A（4）和激光位移传感器B（5）分别测量支撑轮（7）中心处距离变直径固体火箭发动机（15）外表面的位移。上测臂（1）、下测臂（2）和发动机（15）轴线平行，并在同一垂直面上；上测臂（1）位于发动机（15）内表面的上方，下测臂（2）位于发动机（15）外表面的下方。

通过丝杠（11）传动，驱动电机三（8）实现上测臂（1）的水平移动；通过同步带（12）传动，驱动电机二（9）实现支撑轮（7）的转动，带动变直径固体火箭发动机（15）匀速旋转；驱动电机一（10）实现上测臂的激光位移传感器C（3）旋转；

测臂基座（13）与发动机基座（14）通过地脚螺丝分别安装在地面上；

本发明可以通过一个驱动电机或者两个驱动电机来实现本发明三个驱动电机的所有功能，在本发明中采用三个驱动电机是为了表述方便，通过替换一些部件实现本发明同样功能的装置落入本发明的保护范围。

本发明装置测量发动机粘接层厚度的工作过程如下：

如图2所示，调整测臂之间的距离，使激光位移传感器A（4）、激光位移传感器B（5）和激光位移传感器C（3）的量程在有效的测量范围内，激光位移传感器A和B到C所在水平面的垂直距离相等且为L；下测臂上两只激光位移传感器A和B之间的距离L2；将未粘贴粘接层（16）的变直径固体火箭发动机（15）放置在支撑轮（7）上；通过驱动电机一（10）实现上测臂的激光位移传感器C（3）旋转，使得发出的激光与发动机内表面垂直；通过驱动电机二（9）、驱动电机三（8）实现上测臂（1）的移动和变直径固体火箭发动机（15）旋转；记录上测臂（1）进给距离L1；同步采集三只激光位移传感器测量的位移值，根据下测臂的两只激光位移传感器A和B测量的位移值h1和h2进行插值运算，插值运算的公式为：h11=h1+L1*(h2-h1)/L2；计算出上测臂的激光位移传感器A对应位置的位移值h11，根据上测臂的激光位移传感器A（3）测量的位移值h12，计算未粘贴粘接层的发动机厚度d1=L-h11-h12；通过角度传感器（17）测量并记录固体火箭发动机旋转的角度；测量完成后，上测臂（1）复位，发动机粘贴粘接层（16）；如图3所示，将粘贴后的变直径固体火箭发动机（15）重新放置在支撑轮（7）上，重复上述过程；同步采集三只激光位移传感器测量的位移值，根据下测臂的两只激光位移传感器A和B测量的位移值h1’和h2’进行插值运算，得到上测臂上的激光位移传感器（3）对应位置的位移值h21，插值运算的公式为：h21=h1’+L1*(h2’-h1’)/L2；根据上测臂的激光三角位移传感器C（3）测量的位移值h22，计算粘贴粘接层的发动机厚度d2=L-h21-h22；将对应点厚度相减，得到粘接层的厚度值d= d2-d1。

重复上述过程，可分别测量多层粘接层的厚度，如图4、图5所示为固体火箭发动机某一截面的绝热层和衬层厚度的测量结果线形图。

作为一个具体实例：上测臂长度为3000mm，激光位移传感器量程为16~36mm，上测臂与下测臂之间的距离为60mm，实现的技术指标如下：

（1）    检测的发动机长度：200~3000mm；

（2）    粘接层的厚度范围：0.01~10mm；

（3）    检测的发动机直径：60~500mm；

（4）    粘接层厚度的测量精度：0.06mm；

（5）    检测速度：10~260秒/发。

Claims (2)

1.一种测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法，其特征在于按照如下的步骤进行：

步骤一、把变直径固体火箭发动机水平放置，在变直径固体火箭发动机的壳体外，在定心部的下方安装两个用于测量本体到变直径固体火箭发动机外表面垂直距离h1和h2的激光位移传感器A和B，在变直径固体火箭发动机的壳体内部安装一个用于测量本体到变直径固体火箭发动机内表面垂直距离h12的激光位移传感器C，调整激光位移传感器A、B、C，使得激光位移传感器A和B到C所在水平面的垂直距离相等且为L，测量激光位移传感器A和C在水平上的投影为L1，测量激光位移传感器A和B在水平上的投影为L2;

步骤二、在粘贴粘接层前，采集h1、h2、h12和L2数值，计算得出未粘贴粘接层的变直径固体火箭发动机的壳体厚度值d1，d1=L-h12-h1-L1*(h2-h1)/L2;

步骤三、在粘贴粘接层后，采用步骤二同样的步骤测得粘贴粘接层的变直径固体火箭发动机的壳体厚度值d2，计算得出粘接层的厚度为d，d=d2-d1。

2.一种利用权利要求1的测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的方法的测量变直径固体火箭发动机粘接层厚度的装置，其特征在于：包括测臂、测臂支架、测臂基座、激光位移传感器A、激光位移传感器B、激光位移传感器C、角度传感器、发动机基座、驱动电机一、驱动电机二、驱动电机三、丝杠，测臂基座与发动机基座相邻放置且由槽钢焊接成长方体的框架，测臂支架安装在测臂基座上，发动机基座上安装有尺寸相等的两对支撑轮，每对支撑轮之间的中心与发动机基座的中心在同一垂直面上，变直径固体火箭发动机水平放置于两对支撑轮上，两对支撑轮的支撑点在变直径固体火箭发动机的定心部，测臂和变直径固体火箭发动机轴线平行，并在同一垂直面上，测臂由两根平行且在同一垂直面上的上测臂和下测臂组成，上测臂位于变直径固体火箭发动机外壳内，下测臂位于变直径固体火箭发动机外壳外下方，上测臂的一端固定在测臂支架上，另一端安装驱动电机一，驱动电机一上安装有用于测量本体到变直径固体火箭发动机内表面垂直距离h12的激光位移传感器C，下测臂与丝杠传动连接，下测臂上安装两个用于测量本体到变直径固体火箭发动机外表面垂直距离h1和h2的激光位移传感器A和激光位移传感器B，激光位移传感器A和激光位移传感器B分别位于每对支撑轮的中间，驱动电机三带动丝杠转动，驱动电机二通过同步带与靠近测臂基座一端的一对支撑轮的旋转轴连接，角度传感器安装于支撑轮的旋转轴上。