CN106931875A - 基于模板配打的多设备安装配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于模板配打的多设备安装配准方法，用于两台或多台设备间指向的高精度安装与配准，包括：测量设备模板机械基准与设备模板基准镜之间的第一坐标转换矩阵；采用第一坐标转换矩阵，调整设备模板在基板上的位置；在基板上，对设备的安装孔和销钉孔进行配打；测量基板机械基准与设备模板基准镜之间的第二坐标转换矩阵；测量设备基准与设备基准镜之间的第三坐标转换矩阵；通过第二和第三坐标转换矩阵，调整设备与设备模板之间的安装位置；在设备上，对设备安装孔与设备销钉孔进行配打。因此，采用本发明，可以满足较高指向精度匹配要求，能够保证重复的安装精度，并且使得不同设备间指向匹配精度可优于4′。

Description

基于模板配打的多设备安装配准方法

技术领域

本发明涉及一种基于模板配打的多设备安装配准方法，可用于两台或多台设备间指向的高精度安装与配准。

背景技术

当两台设备间需要有较高的配准精度，且需要配准的方向不规则时，需要采用一种配准机制。如需要对两台相机的光轴进行高精度的指向配准，不能直接以机械安装面为基准进行指向调整，需要将光轴指向与机械安装面发生关联，将两光轴的指向反映到与机械安装面方向转换矩阵里。

目前，现有技术采用的方法主要是直接调整机械安装面，将机械安装面作为产品指向(例如，相机光轴指向)的基准，而不去测量产品指向与机械安装面基准间的转换矩阵。在进行两台设备指向调整时，根据理论值先在基板上加工出设备安装孔，然后在设备上加工出安装孔，直接将设备安装在基板上，而设备的实际指向与机械安装孔间具有一定的加工或装配误差，当两台设备需要进行指向的高精度匹配时，匹配精度难以保证。另一种方法是直接将设备置于基板上，在基板上调整两台设备，完成两台设备间的高精度指向匹配，匹配完成后，直接使用两台设备和基板配打安装孔，这种方法对于大型设备不适用。大型设备的移动和调整十分困难，且两台大型设备在同一基板上移动调整则更难实现。另外，直接使用设备和基板进行配打容易损坏设备和基板。

中铁宝桥(扬州)有限公司的CN102632273A号专利公开了一种可调节多点定位制孔装置及制孔方法。在上述专利中，公开的方法使用了制孔模板、调节模板和用于连接制孔模板、调节模板的两个桥接板，可以实现可调节多点定位制孔，然而，该方法主要存在以下问题：

(1)产品的配准指向(例如，光轴指向)与机械安装定位面之间的加工装配误差没有进行测量，即，无法获知产品的配准指向(例如，光轴指向)的实际指向数据；

(2)不适用定位销钉，无法保证产品多次安装和拆卸后的安装精度；

(3)由于使用了可调节模板，增加了过渡环节，稳定性低，配准精度低，不适用于高精度的设备指向配准。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种通过配打模板、销钉、测量矩阵执行高精度配准及安装精度的保持方案。通过模板配打及基准镜设置解决不同设备安装在同一块基板上，有较高指向精度匹配要求，且需保证重复安装精度的问题，不同设备间指向匹配精度可优于4′。

本发明提供了一种基于模板配打的多设备安装配准方法，用于两台或多台设备间指向的高精度安装与配准，包括以下步骤：步骤一，测量设备模板机械基准与设备模板基准镜之间的第一坐标转换矩阵；步骤二，采用第一坐标转换矩阵，调整设备模板在基板上的位置；步骤三，在基板上，对设备的安装孔和销钉孔进行配打；步骤四，测量基板机械基准与设备模板基准镜之间的第二坐标转换矩阵；步骤五，测量设备基准与设备基准镜之间的第三坐标转换矩阵；步骤六，通过第二和第三坐标转换矩阵，调整设备与设备模板之间的安装位置；以及步骤七，在设备上，对设备安装孔与设备销钉孔进行配打。

在本发明中，测量的精度均优于15″。

在步骤一中执行：使用经纬仪，测量设备模板机械基准在设备基准镜的对应坐标系内的三轴指向。

在步骤二中执行：根据第一坐标转换矩阵，调整设备模板在基板上的位置，其中，调整的精度优于2″。

在步骤三中执行：在基板上，使用钻套对设备的安装孔进行配打；以及在基板上，使用钻套和铰套对设备的销钉孔进行配打，其中，钻套和铰套经过淬火处理并且在安装后的内孔与设备模板的安装面垂直度为0.01，设备的销钉孔的相对位置度≤0.15，设备的安装孔的相对位置度为0.2。

在步骤四中执行：使用经纬仪，测量基板机械基准在设备模板基准镜的对应坐标系内的三轴指向。

在步骤五中执行：利用经纬仪，测量设备基准在设备基准镜的对应坐标系内的三轴指向。

在步骤六中执行：根据第二和第三坐标转换矩阵，调整设备在设备模板上的位置，其中，调整的精度优于2″。

在步骤七中执行：在设备上，使用钻套对设备安装孔进行配打；以及在设备上，使用钻套和铰套对设备销钉孔进行配打，其中，钻套和铰套经过淬火处理并且在安装后的内孔与设备模板的安装面垂直度为0.01，设备销钉孔的相对位置度≤0.15，设备安装孔的相对位置度为0.2。

因此，采用本发明，可以满足较高指向精度匹配要求，能够保证重复的安装精度，并且使得不同设备间指向匹配精度可优于4′。

附图说明

图1是本发明所涉及的基于模板配打的多设备安装配准方法的流程图。

具体实施方式

应了解，本发明的基本思路在于，通过指向配准系统(由设备基准镜、基板基准镜、设备模板基准镜、设备模板和经纬仪组成)来执行多设备安装配准，具体包括如下步骤流程：

A.测量设备模板机械基准与模板基准镜坐标转换矩阵；

B.通过A中测量出的转换矩阵，调整设备模板在基板上的位置；

C.配打基板安装孔和销钉孔；

D.测量基板机械基准与设备模板基准镜间的转换矩阵；

E.测量设备基准与设备基准镜转换矩阵；

F.通过D和E中测量出的转换矩阵，调整设备与设备模板间的安装位置；

G.配打设备安装孔和销钉孔。

在步骤A中，使用经纬仪测量出模板机械基准在设备基准镜坐标系中的三轴指向，测量精度优于15″。

在步骤B中，根据步骤A中测量出的转换矩阵，调整设备模板在基板上的位置，调测精度优于2′，测量精度优于15″。

在步骤C中，使用钻套配打基板上的设备安装孔，使用钻套和铰套配打设备安装的销钉孔，所有钻套和铰套安装后其内孔与模板安装面垂直度0.01，钻套和铰套淬火处理。销钉孔的相对位置度为≤0.15，设备安装孔相对位置度为0.2。

在步骤D中，使用经纬仪测量出基板机械基准在设备模板基准镜坐标系内的三轴指向，测量精度优于15″。

在步骤E中，使用经纬仪测量出设备基准在设备基准镜坐标系内的三轴指向，测量精度优于15″。

在步骤F中，根据步骤D和E中测量出的转换矩阵，调整设备在设备模板上的位置，调测精度优于2′，测量精度优于15″。

在步骤G中，使用钻套配打设备上的安装孔，使用钻套和铰套配打设备安装的销钉孔，所有钻套和铰套安装后其内孔与模板安装面垂直度0.01，钻套和铰套淬火处理。销钉孔的相对位置度为≤0.15，设备安装孔相对位置度为0.2。

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。如图1所示，执行步骤流程如下描述。

A、B设备模板加工及基准引出

首先，加工出A、B设备安装模板，并在模板上加工出用于配打A、B设备连接孔和销钉孔的孔位，加工时采用的机械基准作为模板基准；

模板上设置基准镜，同时测量出模板基准在模板基准镜坐标系下的转换矩阵，A设备模板对应的转换矩阵记为M00，B设备模板对应的转换矩阵记为M10。矩阵的格式如下表所示。

配打基板上的A、B设备连接孔(含螺纹孔和销钉孔)

首先，将A、B设备安装模板(A、B设备安装模板分别配打，下同)放置在基板上，各自通过两个工艺孔初步确定安装模板与基板的相对位置。

接下来，进一步调整A、B设备安装模板的位置，同时测量模板基准镜与基板基准之间的关系，利用M00/M10，使基板基准与模板基准指向一致，要求偏差小于2′。

配打基板上的螺纹底孔及定位销孔，待基板上A、B设备安装孔配打完毕后，将A、B设备安装模板安装到基板上，实测模板基准镜与基板基准间的转换矩阵，A设备安装模板对应转换矩阵记为M01，B设备安装模板对应转换矩阵记为M11。

配打A设备上的销钉孔

首先，在A设备上设置基准镜，并测量出A设备基准相对该基准镜的转换矩阵M12。

然后，将A设备安装模板放置在A设备上，调整A设备安装模板和A设备的相对位置，同时测量模板基准镜和A设备基准镜之间的关系，利用M11和M12，使基板基准与A设备基准指向一致，要求各方向偏差≤2′，配打A设备上的销钉孔。

配打B设备上的销钉孔

在B设备上设置基准镜，并测量出B设备基准相对该基准镜的转换矩阵M02。

将B设备安装模板放置在B设备上，调整B设备安装模板和B设备的相对位置，同时测量模板基准镜和B设备基准镜之间的关系，利用M01和M02，使基板基准与B设备基准指向一致，要求各方向偏差≤2′。配打B设备的销钉孔。

基板结构的具体参数

注意，A、B设备安装面与基板基准水平面平行度不大于0.2，平面度优于0.2(室温下)。

在基板上预先加工四个工艺孔，分别用于A设备安装模板和B设备安装模板的初定位，工艺孔在基板基准坐标系下的位置度要求0.3。

利用A设备安装模板和B设备安装模板配打基板上的A、B设备安装孔(包括螺纹底孔和销钉孔)，应保证模板基准各轴与基板基准相应各轴指向偏差＜2′。

基板上提供2个钛销钉用于A设备的安装定位，销钉配合段长度不小于4mm(不含锥段)；提供2个钛销钉用于B设备的安装定位，销钉配合段长度不小于4mm(不合锥段)。

A设备的具体参数

首先，在A设备上设置基准镜，给出A设备基准与该基准镜各轴间的转换矩阵M02，其中，A设备安装面平面度≤0.15。

利用A设备安装模板配打A设备销钉孔，配打后应保证基板基准各轴(通过模板基准镜和转换矩阵M01确定基板基准)与三A设备对应各基准轴指向一致，要求各方向偏差≤2′，且A设备安装孔与模板安装孔能够正确装配。

B设备的具体参数

首先，在B设备上设置基准镜，给出B设备基准与该基准镜各轴间的转换矩阵M12，其中，B设备安装面平面度≤0.15。

利用B设备安装模板配打B设备销钉孔，应保证基板基准各轴(通过模板基准镜和转换矩阵M11确定整星基准)与B设备对应各基准轴指向一致，要求各方向偏差≤2′，且B设备安装孔与模板安装孔能够正确装配。

A、B设备安装模板的具体参数

应了解，模板上下两个安装面(包括模板与基板的配合面以及模板与A、B设备的配合面)与模板基准平面平行度≤0.15，模板安装面平面度≤0.15。

其中，模板上销钉孔的相对位置度要求≤0.15，A、B设备安装孔(包括工艺孔)相对位置度要求0.2。

A设备模板上设置2个工艺孔，多于4个钻孔1(用于螺纹连接孔配打)，以及2个钻孔2(用于销钉孔配打)，每个钻孔1使用一个钻套，每个钻孔2提供一个钻套和一个铰套，所有钻套和铰套安装后其内孔与模板安装面垂直度0.01，钻套和铰套应有足够的硬度，淬火处理。

B设备模板上设置2个工艺孔，多于4个钻孔1(用于螺纹连接孔配打)，以及2个钻孔2(用于销钉孔配打)，每个钻孔1提供一个钻套，每个钻孔2提供一个钻套和一个铰套，所有钻套和铰套安装后其内孔与模板安装面垂直度0.01，钻套和铰套应有足够的硬度，淬火处理，钻套和铰套应有固定措施。

模板上设置基准镜，测量出该基准镜各轴与模板基准间的转换矩阵(模板基准正常情况下应为加工销钉孔所用的机械基准)，A设备安装模板换矩阵记为M00，B设备安装模板转换矩阵记为M10。

模板具有足够的刚度，防止使用中变形，导致孔位发生变化。

通过上述参数设定，即可满足A、B设备间指向精度优于4′。

综上所述，通过本发明，满足了较高指向精度匹配要求，确保了重复的安装精度，并且使得不同设备间指向匹配精度可优于4′。

本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于模板配打的多设备安装配准方法，用于两台或多台设备间指向的高精度安装与配准，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，测量设备模板机械基准与设备模板基准镜之间的第一坐标转换矩阵；

步骤二，采用所述第一坐标转换矩阵，调整所述设备模板在基板上的位置；

步骤三，在所述基板上，对设备的安装孔和销钉孔进行配打；

步骤四，测量基板机械基准与所述设备模板基准镜之间的第二坐标转换矩阵；

步骤五，测量设备基准与设备基准镜之间的第三坐标转换矩阵；

步骤六，通过所述第二和第三坐标转换矩阵，调整所述设备与所述设备模板之间的安装位置；以及

步骤七，在所述设备上，对设备安装孔与设备销钉孔进行配打。

2.根据权利要求1所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，所述测量的精度均优于15″。

3.根据权利要求2所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤一中执行：

使用经纬仪，测量所述设备模板机械基准在所述设备基准镜的对应坐标系内的三轴指向。

4.根据权利要求2所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤二中执行：

根据所述第一坐标转换矩阵，调整所述设备模板在所述基板上的位置，

其中，所述调整的精度优于2″。

5.根据权利要求1所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤三中执行：

在所述基板上，使用钻套对所述设备的安装孔进行配打；以及

在所述基板上，使用所述钻套和铰套对所述设备的销钉孔进行配打，

其中，所述钻套和所述铰套经过淬火处理并且在安装后的内孔与所述设备模板的安装面垂直度为0.01，所述设备的销钉孔的相对位置度≤0.15，所述设备的安装孔的相对位置度为0.2。

6.根据权利要求2所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤四中执行：

使用经纬仪，测量所述基板机械基准在所述设备模板基准镜的对应坐标系内的三轴指向。

7.根据权利要求2所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤五中执行：

利用经纬仪，测量所述设备基准在所述设备基准镜的对应坐标系内的三轴指向。

8.根据权利要求2所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤六中执行：

根据所述第二和第三坐标转换矩阵，调整所述设备在所述设备模板上的位置，

其中，所述调整的精度优于2″。

9.根据权利要求1所述的基于模板配打的多设备安装配准方法，其特征在于，在所述步骤七中执行：

在所述设备上，使用钻套对所述设备安装孔进行配打；以及

在所述设备上，使用所述钻套和铰套对所述设备销钉孔进行配打，

其中，所述钻套和所述铰套经过淬火处理并且在安装后的内孔与所述设备模板的安装面垂直度为0.01，所述设备销钉孔的相对位置度≤0.15，所述设备安装孔的相对位置度为0.2。