CN104359374B - 一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置及测量方法，测量装置包含天线罩测量固定装置和手持式天线罩法向厚度卡规，天线罩测量固定装置包含测量台、天线罩搁架、大端固定夹和小端固定夹，手持式天线罩法向厚度卡规包含测量主支架、加强框架、测量微分头、测量微分头支座、内测杆、内测杆支座、定位微分头、加长定位杆和定位微分头支座。本发明采用了复合式的测量架结构，对测量卡规的结构进行最优化设计，在保证结构强度的情况下使测量卡规的重量做到最轻，本发明采用的微分头辅助定位测量方法，可实现对测量角度的准确、快速定位，本发明具有精度高、成本低、操作方便等优点，在天线罩法向厚度测量方面具有显著的应用价值。

Description

一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置及测量方法。

背景技术

天线罩是导弹上一个集气动、结构和电气性能于一体的关键部件，它既是导弹的头部，起着让制导系统免受气动飞行时恶劣环境条件的侵害的作用，又是导弹制导控制回路的一个环节，必须保证天线微波能量无畸变的发射与接收，天线罩的透波率、瞄准线误差等将直接影响导弹的作用距离、脱靶量和稳定性。因此，天线罩是导弹中一个集气动、结构和电气性能于一体的特殊产品，对制导系统的性能有着举足轻重的影响。

法向厚度是天线罩的重要结构参数，对天线罩的性能有重要影响，必须进行严格控制，一般要求天线罩的法向厚度的制造精度需保证在±0.04 mm以内，在天线罩生产过程中需对天线罩的法向厚度进行准确测量。

目前天线罩法向厚度的主要测量方法是在机械三坐标测量仪上对天线罩内外壁的坐标点进行测量，通过计算得出天线罩的法向厚度。对于长度在600 mm以上的天线罩，必须用高度800mm以上的大型三坐标测量仪测量，测量费用高，测量周期长，生产中迫切需要一种可实现手动测量天线罩法向厚度的低成本装置。

目前市场上销售的手动厚度测量装置可分为两类，一类为固定式测量架结构，如深弓架千分尺等，靠测量的移动测量厚度，其结构刚性好，测量精度可达±0.01 mm，但重量相对较大，最大测深仅为300 mm，另一类为活动式测量结构，如日本孔雀牌的大型针盘式外卡规，两根测量架可以沿固定轴相互转动，最大测深可达到600 mm，但其结构刚性差，测量误差大于0.1 mm，无法满足天线罩法向厚度的测量精度需要。

对于高度大于600 mm的天线罩，无法采用通用的手动厚度测量装置测量法向厚度，需要进行专门设计。如果按照传统的整体式测量架如深弓架千分尺进行比例放大研制天线罩法向厚度测量装置，则会存在以下问题：

（1）为保证测量精度，测量架的刚性必须足够高，仿真表明按传统结构进行设计，测量深度为600 mm的测量装置厚度至少为14mm，测量架重量在15 kg以上，如此重的测量装置进行手动测量是比较困难的；

（2）由于天线罩为由于天线罩为变曲率锥体结构，在同一母线上的各个点的斜率均不相同，在测量时必须根据各个点的斜率调整测量角度，使测量平面垂直于测量点的法向方向，以实现法向测量。计算表明，若要求法向厚度测量误差不大于±0.02 mm时，测量角度误差必须不大于±0.4度。小尺寸厚度测量装置可由操作者根据经验不断调整测量角度并读取最小值作为测量值，而对于测深大于600 mm的厚度测量装置，由于尺寸较大，手动调整调整极为困难，必须有方便、准确的测量角度定位装置。

发明内容

本发明提供一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置及测量方法，装置重量轻，成本低，测量量程大，测量精度高，使用方便，测量效率高。

为了达到上述目的，本发明提供一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，包含天线罩测量固定装置和手持式天线罩法向厚度卡规；

所述的手持式天线罩法向厚度卡规包含：

测量主支架，其包含第一测量壁、第二测量壁、以及连接第一测量壁和第二测量壁的连接壁，该测量主支架呈等边梯形结构，第一测量壁和第二测量壁的长度相同，第一测量壁和第二测量壁作为梯形的腰，连接壁作为梯形的底边；

加强框架，其固定在测量主支架上；

测量组件，其包含设置在第一测量壁端部的测量微分头组件和设置在第二测量壁端部的内测杆组件；

定位组件，其设置在第一测量壁上。

所述的第一测量壁和第二测量壁上设置若干减重槽。

所述的加强框架包含第一加强侧壁结构、第二加强侧壁结构、以及连接第一加强侧壁结构和第二加强侧壁结构的加强连接臂结构，该加强框架也呈等边梯形结构，第一加强侧壁结构和第二加强侧壁结构作为梯形的两条腰，加强连接臂结构作为梯形的底边；

该加强框架的结构与测量主支架匹配，第一加强侧壁结构包含第一主梁、第一副梁和第一弯梁，第二加强侧壁结构包含第二主梁、第二副梁和第二弯梁，加强连接臂结构包含第三主梁和第三副梁，第一弯梁连接第一主梁与第三主梁，第二弯梁连接第二主梁与第三主梁；

所述的测量微分头组件包含设置在第一测量壁端部的测量微分头支座和设置在测量微分头支座上的测量微分头；

所述的内测杆组件包含设置在第二测量壁端部的内测杆支座和设置在内测杆支座上的内测杆；所述的内测杆与测量微分头具有一致的同心度；

所述的定位组件包含设置在第一测量壁上的定位微分头支座、设置在定位微分头支座上的定位微分头、以及连接定位微分头的测杆的加长定位杆。

所述的内测杆端面为半球面；所述的加长定位杆为阶梯轴形结构，该加长定位杆具有大端部分和小端部分，大端部分与定位微分头的测杆连接，小端部分的直径与定位微分头的测杆直径相同。

所述的天线罩测量固定装置包含：

测量台，其放置在地面上，测量台的台面水平；

天线罩搁架，其设置在测量台上，该天线罩搁架具有大端安装面和小端安装面，该天线罩搁架用于搁置天线罩；所述的大端安装面上具有凹槽，该凹槽的弯曲形状与天线罩大端的外形面匹配，所述的小端安装面上具有凹槽，该凹槽的弯曲形状与天线罩小端的外形面匹配；

大端固定夹，其设置在天线罩搁架的大端安装面一端，用于固定天线罩的大端；所述的大端固定夹的弯曲形状与天线罩大端的外形面匹配；

小端固定夹，其设置在天线罩搁架的小端安装面一端，用于固定天线罩的小端；所述的小端固定夹的弯曲形状与天线罩小端的外形面匹配。

本发明还提供一种加工手持式天线罩法向厚度卡规的方法，包含以下步骤：

步骤1、分别单独加工测量主支架、加强框架、测量微分头支座、内测杆支座和定位微分头支座；

所述的测量主支架采用8mm钢板整体水切割制成；所述的第一测量壁和第二测量壁的端部靠近，作为测量测量主支架的小端部，小端部尺寸D1为90 mm，连接壁也作为测量测量主支架的大端部，大端部尺寸D2为470 mm，测量主支架的高度H2为670 mm，内腔深度H1为600 mm，第一测量壁的外侧边L1与第二测量壁的外侧边L4之间的夹角α为36度，第一测量壁的内侧边L2与第二测量壁的内侧边L3之间的夹角β为20度；

所述的加强框架通过氩弧焊接制成；

步骤2、将加强框架、测量微分头支座、内测杆支座和定位微分头支座装配到测量主支架上；

步骤3、安装测量微分头、内测杆和定位微分头；

将测量微分头的读数置0，再将测量微分头装入测量微分头支座的安装孔内，调整好内测杆的位置，使内测杆刚好与测量微分头接触，用环氧胶固定；

将内测杆装入内测杆支座的安装孔内，用环氧胶固定；

将定位微分头装入定位微分头支座的安装孔内，用环氧胶固定；

步骤4、安装加长定位杆；

将加长定位杆大端部分安装在定位微分头的测杆上后，用紧定螺钉进行紧固。

所述的步骤2包含以下步骤：

步骤2.1、将测量微分头支座和内测杆支座上的安装孔加工为Φ10 mm，并在安装孔中插入相匹配的定位棒进行固定，将定位微分头支座上的安装孔加工为与定位微分头的测杆外径匹配的孔；

步骤2.2、将测量微分头支座焊接到测量主支架的第一测量壁端部，将内测杆支座焊接到测量主支架的第二测量壁端部，通过紧固件将定位微分头支座固定到测量主支架的第一测量壁上；

步骤2.3、利用紧固件将加强框架与测量主支架固定；

第一主梁与第一测量壁的外侧边L1贴合，第一副梁与第一测量壁的内侧边L2贴合，第二主梁与第二测量壁的外侧边L4贴合，第二副梁与第二测量壁的内侧边L3贴合，第三主梁与连接壁的外侧边L6贴合，第三副梁与连接壁的内侧边L5贴合；

步骤2.4、对整体装配件进行去应力处理，然后去掉测量微分头支座和内测杆支座安装孔中的定位棒；

步骤2.5、将测量微分头支座的安装孔扩大成与测量微分头的测杆外径匹配的孔，将内测杆支座的安装孔扩大成与内测杆外径匹配的孔，从而保证了测量微分头和内测杆的同心度。

本发明还提供一种利用大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量的方法，包含以下步骤：

步骤a、用高度尺对被测天线罩的测量点位置进行标定并标记，计算出每个测量点对应的定位微分头的调整量t；

步骤b、将被测天线罩固定在天线罩测量固定装置上；

将天线罩搁架放在测量台上，并将被测天线罩放在天线罩搁架上，转动被测天线罩，使需测量的母线位于最上方，用小端固定夹固定被测天线罩的小端，用大端固定夹固定被测天线罩的大端；

步骤c、手持手持式天线罩法向厚度卡规，将测量微分头测杆调至最短位置，沿被测天线罩母线方向将手持式天线罩法向厚度卡规上连接内测杆的一端放入被测天线罩内部，并大致移动到测量点附近；

步骤d、旋动定位微分头的微分筒，使定位微分头的总测杆伸长至所需长度t，沿被测天线罩的轴向方向移动手持式天线罩法向厚度卡规，使测量微分头测杆中心正对测量点；

步骤e、以手持式天线罩法向厚度卡规的测量主支架的大端部为旋转中心，逆时针转动手持式天线罩法向厚度卡规，使加长定位杆与被测天线罩外表面接触，再以加长定位杆与被测天线罩外表面的接触点为旋转中心，顺时针转动手持式天线罩法向厚度卡规，使内测杆与被测天线罩内表面接触；

步骤f、旋动测量微分头测杆，使测量微分头测杆与天线罩外表面接触，此时测量微分头的读数即为被测点的法向厚度，记录该厚度值；

步骤g、旋出测量微分头微分筒，使测量微分头测杆与被测天线罩外表面脱开一定距离，以加长定位杆与被测天线罩外表面的接触点为旋转中心，逆时针转动手持式天线罩法向厚度卡规，使内测杆与被测天线罩内表面脱开，再以手持式天线罩法向厚度卡规的测量主支架的大端部为旋转中心，顺时针转动手持式天线罩法向厚度卡规，使加长定位杆与被测天线罩外表面脱开；

步骤h、沿被测天线罩母线方向将手持式天线罩法向厚度卡规上连接内测杆的一端大致移动到下一个测量点附近，按步骤d至步骤g完成下一个测量点的测量，直到该母线上所有测量点测量结束；

步骤i、移出手持式天线罩法向厚度卡规，拧开小端固定夹和大端固定夹，转动天线罩至下一条测量母线方向，用小端固定夹和大端固定夹紧固天线罩，按步骤c至步骤h继续进行测量，直到天线罩上的所有母线上的所有测量点测量完成。

如果是首次使用所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量，则在进行测量之前，还需要标定定位微分头与测量微分头的零位差h，定位微分头和测量微分头的零位差h标定包含以下步骤：

步骤1.1、将手持式天线罩法向厚度卡规放在虎钳上，并调整好位置，使手持式天线罩法向厚度卡规处于垂直放置状态；

步骤1.2、将校准条置于测量微分头和内测杆之间，并旋动测量微分头微分筒，使测量微分头测杆顶住校准条，并使校准条处于垂直放置状态

步骤1.3、旋动定位微分头微分筒，使加长定位杆刚好与校准条接触，此时设测量微分头和定位微分头的读数分别为和，则定位微分头与测量微分头的零位差为：

。

所述的步骤a中，定位微分头的调整量计算包含以下步骤：

步骤1、计算测量微分头测杆与天线罩外表面接触的测量点的切线K与定位微分头总测杆左侧的交点坐标和定位微分头总测杆与天线罩外表面接触的交点坐标；

设天线罩的外型线方程为，测量点坐标为，斜率为，测量点的切线为K，切线K与天线罩轴线的夹角为，切线K与定位微分头总测杆左侧的交点坐标为，定位微分头总测杆与天线罩的交点坐标为，测量微分头与定位微分头中心线在测量平面内的距离为，定位微分头总测杆的直径为，则有：

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

用数值算法由式（2）～（7）可以求得点和点的具体坐标；

步骤2、计算测量微分头测杆端面与定位微分头总测杆端面的距离；

（8）

步骤2.3、计算定位微分头的调整量t；

（9）

其中，为被测点处的理论厚度，为定位微分头和测量微分头的零位差。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、设计了复合式的测量架结构，将测量架分成测头支座、测量主支架和加强框架三部分，测头支座用于安装内测杆和测量微分头，测量主支架用于保证测量架在测量平面内的强度，加强框架用于保证测量架在垂直测量平面方向的强度，并采用轻量化的设计方法，使测量装置重量降低到仅为6.4 kg，通过ANSYS仿真使测量架各部分的尺寸做到最优化设计，在保证总体结构强度的条件下，使测量架的重最做到最小；

2、设计了定位微分头用于调整测量角度，一次定位后可直接测量法向厚度，使用方便，调整精度高，并可对测量卡规起到辅助支撑作用。

3、本发明涉及的测量装置的设计原理和测量方法可适用于任意尺寸天线罩及类似变曲率锥体类零件。

附图说明

图1为本发明大尺寸天线罩法向厚度的测量示意图；

图2为本发明天线罩测量时的安装固定示意图；

图3为本发明手持式天线罩法向厚度测量卡规的正面视图；

图4为本发明手持式天线罩法向厚度测量卡规的反面视图；

图5为本发明手持式天线罩法向厚度测量卡规的零位标定示意图；

图6为本发明测量角度辅助定位的原理图。

具体实施方式

以下根据图1～图6，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1和图2所示，本发明提供一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，包含天线罩测量固定装置和手持式天线罩法向厚度卡规1，所述的天线罩测量固定装置放置在测量台4上，将天线罩2固定在天线罩测量固定装置上，利用手持式天线罩法向厚度卡规1对天线罩2的法向厚度进行手动测量。

如图2所示，所述的天线罩测量固定装置包含：

测量台4，其放置在地面上，采用不锈钢焊接而成，宽度为长度为600mm，长度为800mm，高度为600 mm，测量台4的台面水平；

天线罩搁架3，其设置在测量台4上，该天线罩搁架3具有大端安装面301和小端安装面302，该天线罩搁架3用于搁置天线罩2；所述的大端安装面301上具有凹槽，该凹槽的弯曲形状与天线罩2大端的外形面匹配，所述的小端安装面302上具有凹槽，该凹槽的弯曲形状与天线罩2小端的外形面匹配；

大端固定夹6，其设置在天线罩搁架3的大端安装面301一端，用于固定天线罩2的大端；所述的大端固定夹6的弯曲形状与天线罩2大端的外形面匹配；

小端固定夹5，其设置在天线罩搁架3的小端安装面302一端，用于固定天线罩2的小端；所述的小端固定夹5的弯曲形状与天线罩2小端的外形面匹配。

所述的天线罩搁架3采用木板制成，其两端的大端安装面301和小端安装面302均按天线罩2的外型面的形状加工，以保证天线罩2放入后与天线罩搁架3的大端安装面301和小端安装面302贴合；所述的大端固定夹6采用塑料板制成，大端固定夹6的夹持面按天线罩大端的外型面加工，以保证夹持面与天线罩大端贴合；所述的小端固定夹5采用塑料板制成，小端固定夹5的夹持面按天线罩小端的外型面加工，以保证夹持面与天线罩外型面贴合；天线罩安放在搁架上后，用大端固定夹和小端固定夹进行固定，并用螺钉7压紧。

如图3和图4所示，所述的手持式天线罩法向厚度卡规1包含：

测量主支架15，其包含第一测量壁1501、第二测量壁1502、以及连接第一测量壁1501和第二测量壁1502的连接壁1503；

加强框架17，其固定在测量主支架15上；

测量组件，其包含设置在第一测量壁1501端部的测量微分头组件和设置在第二测量壁1502端部的内测杆组件；

定位组件，其设置在第一测量壁1501上。

如图3所示，所述的测量主支架15呈等边梯形结构，第一测量壁1501和第二测量壁1502的长度相同，第一测量壁1501和第二测量壁1502作为梯形的腰，第一测量壁1501和第二测量壁1502的端部靠近，作为测量测量主支架15的小端部，小端部尺寸D1为90 mm，连接壁1503作为梯形的底边，也作为测量测量主支架15的大端部，大端部尺寸D2为470 mm，测量主支架15的高度H2为670 mm，内腔深度H1为600 mm；第一测量壁1501和第二测量壁1502上对称设置若干减重槽1504（在实施例中，一共设置大小依次变化的13个减重槽1504）；第一测量壁1501的外侧边L1与第二测量壁1502的外侧边L4之间的夹角α为36度，第一测量壁1501的内侧边L2与第二测量壁1502的内侧边L3之间的夹角β为20度；所述的测量主支架15采用8mm钢板整体切割制成，可保证测量卡规在测量平面的强度，其结构尺寸通过ANSYS（有限元分析软件）仿真进行最优化设计，重量仅为4.6kg，ANSYS仿真表明，在微分头棘轮6 N的测量力的作用下，第一测量壁1501和第二测量壁1502在测量平面内的变形量仅为0.0071mm，可保证测量卡规在测量平面内的强度。

如图4所示，所述的加强框架17的结构与测量主支架15匹配，该加强框架17也呈等边梯形结构；该加强框架17包含第一加强侧壁结构、第二加强侧壁结构、以及连接第一加强侧壁结构和第二加强侧壁结构的加强连接臂结构，第一加强侧壁结构包含第一主梁1701、第一副梁1702和第一弯梁1707，第一主梁1701与第一测量壁1501的外侧边L1贴合，第一副梁1702与第一测量壁1501的内侧边L2贴合，第二加强侧壁结构包含第二主梁1703、第二副梁1704和第二弯梁1708，第二主梁1703与第二测量壁1502的外侧边L4贴合，第二副梁1704与第二测量壁1502的内侧边L3贴合，加强连接臂结构包含第三主梁1705和第三副梁1706，第三主梁1705与连接壁1503的外侧边L6贴合，第三副梁1706与连接壁1503的内侧边L5贴合；第三主梁1705与第一主梁1701之间通过第一弯梁1707相连，第二主梁1703与第三主梁1705之间通过第二弯梁1708相连；所述的第一主梁1701、第一副梁1702、第二主梁1703、第二副梁1704、第三主梁1705和第三副梁1706采用壁厚为1 mm的20 mm×20 mm方钢管，第一弯梁1707和第二弯梁1708采用壁厚为1 mm、半径为50 mm的弯钢管；加强框架17通过氩弧焊接制成，重量仅为1.6 kg，ANSYS仿真表明，在10 N垂直作用力下，加强框架17在垂直测量平面方向的变形为0.21 mm，可保证测量卡规在垂直测量平面方向上的强度。

测量主支架15和加强框架17组合后，卡规1整体的强度得到进一步加强，ANSYS仿真表明，在6 N测量力的作用下，测量卡规1在测量平面的变形量由0.0071 mm减小到0.0065mm；在10 N垂直作用力下，测量卡规1在垂直测量平面方向的变形由0.21 mm减小到0.19mm，保证了测量卡规1的测量精度。

如图3所示，所述的测量微分头组件包含设置在第一测量壁1501端部的测量微分头支座9和设置在测量微分头支座9上的测量微分头8；测量微分头8选用25 mm量程微分头，测量微分头8的测杆与天线罩2外表面接触，用于对天线罩2的法向厚度进行测量。

所述的内测杆组件包含设置在第二测量壁1502端部的内测杆支座14和设置在内测杆支座14上的内测杆13；所述的内测杆13与测量微分头8具有一致的同心度；内测杆13与天线罩2内表面接触，内测杆13端面为5mm半球面，以实现和被测天线罩2内表面的法向接触；所述的内测杆支座14和测量微分头支座9的厚度均为15mm，总重量为0.1 kg。

所述的定位组件包含设置在第一测量壁1501上的定位微分头支座11、设置在定位微分头支座11上的定位微分头10、以及连接定位微分头10的测杆的加长定位杆16；定位微分头10用于调整测量卡规的角度，保证测量微分头8的测杆沿与被测点的法向方向进行测量，定位微分头10与天线罩2外表面接触，起到了支撑测量卡规1的作用，减小了操作人员的工作强度；定位微分头10选用25mm量程，由于测量主支架15在定位微分头10处的宽度远大于测量微分头8处的宽度，定位微分头10的长度不能满足测量需要，加长定位杆16用于增加定位微分头10的测杆的长度，以实现角度定位。

所述的加长定位杆16为阶梯轴形结构，该加长定位杆16具有大端部分和小端部分，大端部分与定位微分头10的测杆连接，大端部分具有与定位微分头10的测杆相配的安装孔和紧固螺纹孔，大端部分安装在定位微分头10的测杆上后，用紧定螺钉进行紧固，小端部分的直径与定位微分头10的测杆直径相同，加长定位杆16的长度根据被测曲面进行设置，并可进行更换，以适合不同材料、不同形状曲面的测量。

本发明还提供一种手持式天线罩法向厚度卡规的加工方法，包含以下步骤：

步骤1、分别单独加工测量主支架15、加强框架17、测量微分头支座9、内测杆支座14和定位微分头支座11；

所述的测量主支架15采用8mm钢板整体切割制成；所述的测量主支架15包含第一测量壁1501、第二测量壁1502、以及连接第一测量壁1501和第二测量壁1502的连接壁1503，该测量主支架15呈等边梯形结构，第一测量壁1501和第二测量壁1502的长度相同，第一测量壁1501和第二测量壁1502作为梯形的腰，第一测量壁1501和第二测量壁1502的端部靠近，作为测量测量主支架15的小端，小端尺寸D1为90 mm，连接壁1503作为梯形的底边，也作为测量测量主支架15的大端，大端尺寸D2为470 mm，测量主支架15的高度H2为670 mm，内腔深度H1为600 mm；第一测量壁1501和第二测量壁1502上对称设置若干减重槽1504（在实施例中，一共设置大小依次变化的13个减重槽1504）；第一测量壁1501的外侧边L1与第二测量壁1502的外侧边L4之间的夹角α为36度，第一测量壁1501的内侧边L2与第二测量壁1502的内侧边L3之间的夹角β为20度；测量主支架15的结构尺寸通过ANSYS（有限元分析软件）仿真进行最优化设计，重量仅为4.6kg，可保证测量卡规在测量平面的强度，ANSYS仿真表明，在微分头棘轮6 N的测量力的作用下，第一测量壁1501和第二测量壁1502在测量平面内的变形量仅为0.0071 mm，可保证测量卡规在测量平面内的强度；

所述的加强框架17通过氩弧焊接制成；所述的加强框架17的结构与测量主支架15匹配，该加强框架17也呈等边梯形结构，该加强框架17包含第一加强侧壁结构、第二加强侧壁结构、以及连接第一加强侧壁结构和第二加强侧壁结构的加强连接臂结构，第一加强侧壁结构包含第一主梁1701、第一副梁1702和第一弯梁1707，第二加强侧壁结构包含第二主梁1703、第二副梁1704和第二弯梁1708，加强连接臂结构包含第三主梁1705和第三副梁1706；为保证加强框架17焊接后的平面度，需将加强框架17的第一主梁1701、第一副梁1702、第二主梁1703、第二副梁1704、第三主梁1705、第三副梁1706、第三弯梁1707和第三弯梁1708在平面度不大于0.05 mm的厚钢板上固定后，再进行焊接，焊接后进行去应力退火；所述的第一主梁1701、第一副梁1702、第二主梁1703、第二副梁1704、第三主梁1705和第三副梁1706采用壁厚为1 mm的20 mm×20 mm方钢管，第一弯梁1707和第二弯梁1708采用壁厚为1 mm、半径为50 mm的弯钢管；总重量仅为1.6 kg，ANSYS仿真表明，在10 N垂直作用力下，加强框架17在垂直测量平面方向的变形为0.21 mm，可保证测量卡规在垂直测量平面方向上的强度；

步骤2、将加强框架17、测量微分头支座9、内测杆支座14和定位微分头支座11装配到测量主支架15上；

步骤2包含以下步骤：

步骤2.1、将测量微分头支座9和内测杆支座14上的安装孔加工为Φ10 mm，并在安装孔中插入相匹配的定位棒进行固定，将定位微分头支座11上的安装孔加工为与定位微分头10的测杆外径匹配的孔；

步骤2.2、将测量微分头支座9焊接到测量主支架15的第一测量壁1501端部，将内测杆支座14焊接到测量主支架15的第二测量壁1502端部，通过紧固件将定位微分头支座11固定到测量主支架15的第一测量壁1501上（本实施例中，如图3所示，定位微分头支座11通过2个M5螺钉12紧固在第一测量壁1501上）；

步骤2.3、利用紧固件将加强框架17与测量主支架15固定；

第一主梁1701与第一测量壁1501的外侧边L1贴合，第一副梁1702与第一测量壁1501的内侧边L2贴合，第二主梁1703与第二测量壁1502的外侧边L4贴合，第二副梁1704与第二测量壁1502的内侧边L3贴合，第三主梁1705与连接壁1503的外侧边L6贴合，第三副梁1706与连接壁1503的内侧边L5贴合；

本实施例中，如图4所示，将测量主支架15和加强框架17配打14个M5螺纹孔，再通过14个M5螺钉19和14个垫片18将加强框架17与测量主支架15紧固形成整体；垫片18为定制垫片，外圆为Φ16，用于均匀分布压紧力；

步骤2.4、对整体装配件进行去应力处理，然后去掉测量微分头支座9和内测杆支座14安装孔中的定位棒；

步骤2.5、将测量微分头支座9的安装孔扩大成与测量微分头的测杆外径匹配的孔，将内测杆支座14的安装孔扩大成与内测杆外径匹配的孔，从而保证了测量微分头和内测杆的同心度；

步骤3、安装测量微分头8、内测杆13和定位微分头10；

将测量微分头8装入测量微分头支座9的安装孔内，用环氧胶固定；

将测量微分头8的读数置0，再将内测杆13装入内测杆支座14的安装孔内，调整好内测杆13的位置，使内测杆13刚好与测量微分头8测头接触，用环氧胶固定；将定位微分头10装入定位微分头支座11的安装孔内，用环氧胶固定；

步骤4、安装加长定位杆16；

加长定位杆16为阶梯轴形结构，该加长定位杆16具有大端部分和小端部分，大端部分与定位微分头10的测杆连接，大端部分具有与定位微分头10的测杆相配的安装孔和紧固螺纹孔，大端部分安装在定位微分头10的测杆上后，用紧定螺钉进行紧固。

本发明还提供一种利用大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量的方法，包含以下步骤：

步骤1、标定测量微分头8和定位微分头10的零位差；

标定方法如图5所示，将手持式天线罩法向厚度卡规1放在虎钳20上，并将水平仪放在测量微分头支座9和内测杆支座14的上表面，调整好水平，使手持式天线罩法向厚度卡规1呈垂直放置状态后，用虎钳20夹紧手持式天线罩法向厚度卡规1，将厚度为5 mm左右、宽度为10 mm左右、长度为300左右且10 mm×300 mm的两平面平行度不大于0.05 mm的校准条21（也可采用300 mm游标卡尺的固定尺身）置于测量微分头8和内测杆13之间，并旋动测量微分头8微分筒，使测量微分头8测杆与校准条21接触，并顶牢校准条21，使校准条21处于垂直放置状态，旋动定位微分头10微分筒，使加长定位杆16刚好与校准条21接触，此时设测量微分头8和定位微分头10的读数分别为和，则定位微分头10与测量微分头的零位差为：

（1）

值为正，且标准值为10 mm左右，如值不满足标准值，则需调整或更换加长定位杆16；

该步骤在测量卡规各部件安装位置不变的情况下，只需在第一次使用时进行标定；

步骤2、用高度尺对被测天线罩2的测量点位置进行标定并标记，计算出每个测量点对应的定位微分头10所需的调整量t；

调整量t计算包含以下步骤：

步骤2.1、计算测量微分头8测杆与天线罩2外表面接触的测量点的切线K与定位微分头10总测杆（该总测杆包含定位微分头10的测杆和加长定位杆16）左侧的交点坐标和定位微分头8总测杆与天线罩2外表面接触的交点坐标；

图6为测量角度辅助定位的原理图，设天线罩2的外型线方程为，测量点坐标为，斜率为，测量点的切线为K，切线K与天线罩轴线的夹角为，切线K与定位微分头10总测杆左侧的交点坐标为，定位微分头10总测杆与天线罩2的交点坐标为，测量微分头8与定位微分头10中心线在测量平面内的距离为，定位微分头10总测杆的直径为，则有：

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

由以上各式可以求得点和点的具体坐标，由于天线罩2的外型线较为复杂，在求解坐标时必须用数值算法进行求解；

步骤2.2、计算测量微分头8测杆端面与定位微分头10总测杆端面的距离；

在确定点和点的坐标后，测量微分头8测杆端面与定位微分头10总测杆端面的距离可由下式求得：

（8）

理论计算表明，值与被测点的坐标密切相关，如某型号天线罩为例，当被测量点横坐标=60 mm时，=15.372 mm；当=300 mm时，=5.536 mm；当=600 mm时，=6.294 mm；

步骤2.3、计算定位微分头10的调整量t；

（9）

其中，为被测点处的理论厚度，为定位微分头10和测量微分头8的零位差；

由于天线罩的理论厚度与实测厚度会存在一定偏差，一般该误差不会大于1mm，从而导致定位微分头10的总测杆长度存在一定误差，设误差为，则因定位误差引起的测量角度误差为：

（10）

为定位微分头10的中心线与测量微分头10中心线的间距，所述定位微分头10的定位精度要求与间距有关，间距越大，定位微分头10的定位精度要求越低，但测量卡规1的测量范围会变小，间距一般取200 mm左右较为合理，当=1 mm，=200 mm时，因定位误差引起的测量角度误差仅为0.23度，该测量角度误差引起的法向厚度测量误差仅为0.009 mm，即法向厚度测量误差不到定位误差的1/100，从而通过增加精定位的方法保证了法向厚度测量精度；

步骤3、将被测天线罩2固定在天线罩测量固定装置上；

将天线罩搁架3放在测量台4上，并将被测天线罩2放在天线罩搁架3上，转动被测天线罩2，使需测量的母线位于最上方，用小端固定夹5固定被测天线罩2的小端，用大端固定夹6固定被测天线罩2的大端，并用固定螺钉7锁紧（如图2所示）；

步骤4、手持手持式天线罩法向厚度卡规1，将测量微分头8测杆调至最短位置，沿被测天线罩2母线方向将手持式天线罩法向厚度卡规1上连接内测杆13的一端放入被测天线罩2内部，并大致移动到测量点附近；

移动过程中需注意调整测量卡规的角度，避免与被测天线罩2相碰；

步骤5、旋动定位微分头10的微分筒，使定位微分头10的读数为步骤2中确定的调整量t，沿被测天线罩2的轴向方向移动手持式天线罩法向厚度卡规1，使测量微分头8测杆中心正对测量点；

步骤6、以手持式天线罩法向厚度卡规1的测量主支架15的大端部为旋转中心，逆时针转动手持式天线罩法向厚度卡规1，使加长定位杆16与被测天线罩2外表面接触，再以加长定位杆16与被测天线罩2外表面的接触点为旋转中心，顺时针转动手持式天线罩法向厚度卡规1，使内测杆13与被测天线罩2内表面接触；

步骤7、旋动测量微分头8测杆，使测量微分头8测杆与天线罩2外表面接触，此时测量微分头8的读数即为被测点的法向厚度，记录该厚度值；

步骤8、旋出测量微分头8微分筒，使测量微分头8测杆与被测天线罩2外表面脱开一定距离，以加长定位杆16与被测天线罩2外表面的接触点为旋转中心，逆时针转动手持式天线罩法向厚度卡规1，使内测杆13与被测天线罩2内表面脱开，再以手持式天线罩法向厚度卡规1的测量主支架15的大端部为旋转中心，顺时针转动手持式天线罩法向厚度卡规1，使加长定位杆16与被测天线罩2外表面脱开；

步骤9、沿被测天线罩2母线方向将手持式天线罩法向厚度卡规1上连接内测杆13的一端大致移动到下一个测量点附近，按步骤5至步骤8完成下一个测量点的测量，直到该母线上所有测量点测量结束；

步骤10、移出手持式天线罩法向厚度卡规1，拧开小端固定夹5和大端固定夹6的锁紧螺钉7，转动天线罩2至下一条测量母线方向，用小端固定夹5和大端固定夹6紧固天线罩2，按步骤4至步骤9继续进行测量，直到天线罩2上的所有母线上的所有测量点测量完成。

本发明解决了大尺寸天线罩法向厚度的手工测量问题，以机械三坐标对天线罩法向厚度的测量数据为参照，发现其测量误差不大于±0.02 mm，测量精度满足使用要求，且成本低廉，在天线罩检测中应用效果显著。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，其特征在于，包含天线罩测量固定装置和手持式天线罩法向厚度卡规（1）；

所述的手持式天线罩法向厚度卡规（1）包含：

测量主支架（15），其包含第一测量壁（1501）、第二测量壁（1502）、以及连接第一测量壁（1501）和第二测量壁（1502）的连接壁（1503），该测量主支架（15）呈等边梯形结构，第一测量壁（1501）和第二测量壁（1502）的长度相同，第一测量壁（1501）和第二测量壁（1502）作为梯形的腰，连接壁（1503）作为梯形的底边；

加强框架（17），其固定在测量主支架（15）上；

测量组件，其包含设置在第一测量壁（1501）端部的测量微分头组件和设置在第二测量壁（1502）端部的内测杆组件；

定位组件，其设置在第一测量壁（1501）上；

所述的测量微分头组件包含设置在第一测量壁（1501）端部的测量微分头支座（9）和设置在测量微分头支座（9）上的测量微分头（8）；

所述的内测杆组件包含设置在第二测量壁（1502）端部的内测杆支座（14）和设置在内测杆支座（14）上的内测杆（13）；所述的内测杆（13）与测量微分头（8）具有一致的同心度；

所述的定位组件包含设置在第一测量壁（1501）上的定位微分头支座（11）、设置在定位微分头支座（11）上的定位微分头（10）、以及连接定位微分头（10）的测杆的加长定位杆（16）。

2.如权利要求1所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，其特征在于，所述的第一测量壁（1501）和第二测量壁（1502）上设置若干减重槽（1504）。

3.如权利要求2所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，其特征在于，所述的加强框架（17）包含第一加强侧壁结构、第二加强侧壁结构、以及连接第一加强侧壁结构和第二加强侧壁结构的加强连接臂结构，该加强框架（17）也呈等边梯形结构，第一加强侧壁结构和第二加强侧壁结构作为梯形的两条腰，加强连接臂结构作为梯形的底边；

该加强框架（17）的结构与测量主支架（15）匹配，第一加强侧壁结构包含第一主梁（1701）、第一副梁（1702）和第一弯梁（1707），第二加强侧壁结构包含第二主梁（1703）、第二副梁（1704）和第二弯梁（1708），加强连接臂结构包含第三主梁（1705）和第三副梁（1706），第三主梁（1705）与第一主梁（1701）通过第一弯梁（1707）相连，第二主梁（1703）与第三主梁（1705）之间通过第二弯梁（1708）相连。

4.如权利要求3所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，其特征在于，所述的内测杆（13）端面为半球面；所述的加长定位杆（16）为阶梯轴形结构，该加长定位杆（16）具有大端部分和小端部分，大端部分与定位微分头（10）的测杆连接，小端部分的直径与定位微分头（10）的测杆直径相同。

5.如权利要求4所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置，其特征在于，所述的天线罩测量固定装置包含：

测量台（4），其放置在地面上，测量台（4）的台面水平；

天线罩搁架（3），其设置在测量台（4）上，该天线罩搁架（3）具有大端安装面（301）和小端安装面（302），该天线罩搁架（3）用于搁置天线罩（2）；所述的大端安装面（301）上具有凹槽，该凹槽的弯曲形状与天线罩（2）大端的外形面匹配，所述的小端安装面（302）上具有凹槽，该凹槽的弯曲形状与天线罩（2）小端的外形面匹配；

大端固定夹（6），其设置在天线罩搁架（3）的大端安装面（301）一端，用于固定天线罩（2）的大端；所述的大端固定夹（6）的弯曲形状与天线罩（2）大端的外形面匹配；

小端固定夹（5），其设置在天线罩搁架（3）的小端安装面（302）一端，用于固定天线罩（2）的小端；所述的小端固定夹（5）的弯曲形状与天线罩（2）小端的外形面匹配。

6.一种加工如权利要求1-5中任意一个所述的手持式天线罩法向厚度卡规的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、分别单独加工测量主支架（15）、加强框架（17）、测量微分头支座（9）、内测杆支座（14）和定位微分头支座（11）；

所述的测量主支架（15）采用8mm钢板整体水切割制成；所述的第一测量壁（1501）和第二测量壁（1502）的端部靠近，作为测量测量主支架（15）的小端部，小端部尺寸D1为90 mm，连接壁（1503）也作为测量测量主支架（15）的大端部，大端部尺寸D2为470 mm，测量主支架（15）的高度H2为670 mm，内腔深度H1为600 mm，第一测量壁（1501）的外侧边L1与第二测量壁（1502）的外侧边L4之间的夹角α为36度，第一测量壁（1501）的内侧边L2与第二测量壁（1502）的内侧边L3之间的夹角β为20度；

所述的加强框架（17）通过氩弧焊接制成；

步骤2、将加强框架（17）、测量微分头支座（9）、内测杆支座（14）和定位微分头支座（11）装配到测量主支架（15）上；

步骤3、安装测量微分头（8）、内测杆（13）和定位微分头（10）；

将测量微分头（8）的读数置0，再将测量微分头（8）装入测量微分头支座（9）的安装孔内，调整好内测杆（13）的位置，使内测杆（13）刚好与测量微分头（8）测头接触，用环氧胶固定；

将定位微分头（10）装入定位微分头支座（11）的安装孔内，用环氧胶固定；

步骤4、安装加长定位杆（16）；

将加长定位杆（16）大端部分安装在定位微分头（10）的测杆上后，用紧定螺钉进行紧固。

7.如权利要求6所述的加工手持式天线罩法向厚度卡规的方法，其特征在于，所述的步骤2包含以下步骤：

步骤2.1、将测量微分头支座（9）和内测杆支座（14）上的安装孔加工为Φ10 mm，并在安装孔中插入相匹配的定位棒进行固定，将定位微分头支座（11）上的安装孔加工为与定位微分头（10）的测杆外径匹配的孔；

步骤2.2、将测量微分头支座（9）焊接到测量主支架（15）的第一测量壁（1501）端部，将内测杆支座（14）焊接到测量主支架（15）的第二测量壁（1502）端部，通过紧固件将定位微分头支座（11）固定到测量主支架（15）的第一测量壁（1501）上；

步骤2.3、利用紧固件将加强框架（17）与测量主支架（15）固定；

第一主梁（1701）与第一测量壁（1501）的外侧边L1贴合，第一副梁（1702）与第一测量壁（1501）的内侧边L2贴合，第二主梁（1703）与第二测量壁（1502）的外侧边L4贴合，第二副梁（1704）与第二测量壁（1502）的内侧边L3贴合，第三主梁（1705）与连接壁（1503）的外侧边L6贴合，第三副梁（1706）与连接壁（1503）的内侧边L5贴合；

步骤2.4、对整体装配件进行去应力处理，然后去掉测量微分头支座（9）和内测杆支座（14）安装孔中的定位棒；

步骤2.5、将测量微分头支座（9）的安装孔扩大成与测量微分头的测杆外径匹配的孔，将内测杆支座（14）的安装孔扩大成与内测杆外径匹配的孔，从而保证了测量微分头和内测杆的同心度。

8.一种利用如权利要求1-5中任意一个所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤a、用高度尺对被测天线罩（2）的测量点位置进行标定并标记，计算出每个测量点对应的定位微分头（10）的调整量t，该调整量t为在测量时定位微分头（10）的读数；

步骤b、将被测天线罩（2）固定在天线罩测量固定装置上；

将天线罩搁架（3）放在测量台（4）上，并将被测天线罩（2）放在天线罩搁架（3）上，转动被测天线罩（2），使需测量的母线位于最上方，用小端固定夹（5）固定被测天线罩（2）的小端，用大端固定夹（6）固定被测天线罩（2）的大端；

步骤c、手持手持式天线罩法向厚度卡规（1），将测量微分头（8）测杆调至最短位置，沿被测天线罩（2）母线方向将手持式天线罩法向厚度卡规（1）上连接内测杆（13）的一端放入被测天线罩（2）内部，并大致移动到测量点附近；

步骤d、旋动定位微分头（10）的微分筒，使定位微分头（10）的总测杆伸长至所需长度t，沿被测天线罩（2）的轴向方向移动手持式天线罩法向厚度卡规（1），使测量微分头（8）测杆中心正对测量点；

步骤e、以手持式天线罩法向厚度卡规（1）的测量主支架（15）的大端部为旋转中心，逆时针转动手持式天线罩法向厚度卡规（1），使加长定位杆（16）与被测天线罩（2）外表面接触，再以加长定位杆（16）与被测天线罩（2）外表面的接触点为旋转中心，顺时针转动手持式天线罩法向厚度卡规（1），使内测杆（13）与被测天线罩（2）内表面接触；

步骤f、旋动测量微分头（8）测杆，使测量微分头（8）测杆与天线罩（2）外表面接触，此时测量微分头（8）的读数即为被测点的法向厚度，记录该厚度值；

步骤g、旋出测量微分头（8）微分筒，使测量微分头（8）测杆与被测天线罩（2）外表面脱开一定距离，以加长定位杆（16）与被测天线罩（2）外表面的接触点为旋转中心，逆时针转动手持式天线罩法向厚度卡规（1），使内测杆（13）与被测天线罩（2）内表面脱开，再以手持式天线罩法向厚度卡规（1）的测量主支架（15）的大端部为旋转中心，顺时针转动手持式天线罩法向厚度卡规（1），使加长定位杆（16）与被测天线罩（2）外表面脱开；

步骤h、沿被测天线罩（2）母线方向将手持式天线罩法向厚度卡规（1）上连接内测杆（13）的一端大致移动到下一个测量点附近，按步骤d至步骤g完成下一个测量点的测量，直到该母线上所有测量点测量结束；

步骤i、移出手持式天线罩法向厚度卡规（1），拧开小端固定夹（5）和大端固定夹（6），转动天线罩（2）至下一条测量母线方向，用小端固定夹（5）和大端固定夹（6）紧固天线罩（2），按步骤c至步骤h继续进行测量，直到天线罩（2）上的所有母线上的所有测量点测量完成。

9.如权利要求8所述的利用大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量的方法，其特征在于，如果是首次使用所述的大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量，则在进行测量之前，还需要标定定位微分头（10）与测量微分头的零位差h，定位微分头（10）和测量微分头（8）的零位差h标定包含以下步骤：

步骤1.1、将手持式天线罩法向厚度卡规（1）放在虎钳（20）上，并调整好位置，使手持式天线罩法向厚度卡规（1）处于垂直放置状态；

步骤1.2、将校准条（21）置于测量微分头（8）和内测杆（13）之间，并旋动测量微分头（8）微分筒，使测量微分头（8）测杆顶住校准条（21），并使校准条（21）处于垂直放置状态；

步骤1.3、旋动定位微分头（10）微分筒，使加长定位杆（16）刚好与校准条（21）接触，此时设测量微分头（8）和定位微分头（10）的读数分别为和，则定位微分头（10）与测量微分头（8）的零位差为：

。

10.如权利要求9所述的利用大腔深天线罩法向厚度手动测量装置对天线罩的变曲率曲面法向厚度进行测量的方法，其特征在于，所述的步骤a中，定位微分头（10）的调整量t计算包含以下步骤：

步骤1、计算测量微分头（8）测杆与天线罩（2）外表面接触的测量点的切线K与定位微分头（10）总测杆左侧的交点坐标和定位微分头（8）总测杆与天线罩（2）外表面接触的交点坐标；

设天线罩（2）的外型线方程为，测量点坐标为，斜率为，测量点的切线为K，切线K与天线罩轴线的夹角为，切线K与定位微分头（10）总测杆左侧的交点坐标为，定位微分头（10）总测杆与天线罩（2）的交点坐标为，测量微分头（8）与定位微分头（10）中心线在测量平面内的距离为，定位微分头（10）总测杆的直径为，则有：

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

用数值算法由式（2）～（7）可以求得点和点的具体坐标；

步骤2、计算测量微分头（8）测杆端面与定位微分头（10）总测杆端面的距离；

（8）

步骤2.3、计算定位微分头（10）的调整量t；

（9）

其中，为被测点处的理论厚度，为定位微分头（10）和测量微分头（8）的零位差。