CN107883894A - 一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，包括：双目视觉测量装置、激光发射器、水泥立柱、隔振器、水泥底座、大型数控铣床、转接工装、测量控制计算机；所述水泥立柱固定于水泥底座，水泥立柱与水泥底座之间安装有隔振器；所述激光发射器固定于水泥立柱的另一端；所述双目视觉测量装置通过转接工装安装于大型数控铣床的数控盘铣刀；所述激光发射器发射激光并入射到双目视觉测量装置，双目视觉测量装置测量第一个载荷安装面的子阵面，并将测量结果输出到测量控制计算机；完成测量后，大型数控铣床带动双目视觉测量装置到下一位置，直至所有子阵面测量完成。本发明实现航天器大尺度载荷安装面平面度测量、调修工序的一体化与自动化。

Description

一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体地，涉及一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统。

背景技术

大型光学遥感卫星具备高成像质量、高精度保持能力、高可靠性等技术发展特征，这些技术特征均需要光学遥感载荷的对地指向精度来保证。卫星的光学遥感载荷的载荷安装面制造精度直接影响着有效载荷的指向精度，因此，其制造精度要求极为严苛。而大型光学遥感卫星的载荷安装面具有尺度大、弱刚性、载荷安装面各子阵面离散分布等特点，为载荷安装面的制造精度保证带来很大挑战。

采用传统的卫星大尺度载荷安装面平面度修整方式时，需要在每次加工完成后，采用激光跟踪仪进行载荷安装面平面度精度测量。工人需坐在液压车上，手持激光跟踪仪靶标球在被测表面上逐点移动测量，接触式测量中测量力易引起弱刚性结构的变形，自动化程度低；且平面精度测量与修整加工工序反复多次进行，工序总用时较长。

鉴于传统方法存在的缺点，本发明创新设计了一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，该系统实现了双目视觉测量技术与航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修在同一台设备上的一体化集成，避免了以往调修工序中的人工辅助和人工干预，自动化程度高；避免了被测表面变形和划伤问题，重定位误差小，大尺度载荷安装面的平面度调修精度高、测量和调修效率高。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，解决了航天器大尺度载荷安装面平面精度调修中点接触测量力引起的被测表面变形和划伤、自动化程度低、人工辅助时间长、调修效率低等问题，适用于航天器大尺度载荷安装面高精度制造过程。

本发明提供的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，包括：双目视觉测量装置、激光发射器、水泥立柱、隔振器、水泥底座、大型数控铣床、转接工装、测量控制计算机；所述大型数控铣床对安装面进行加工；所述水泥立柱固定于水泥底座，水泥立柱与水泥底座之间安装有隔振器；所述激光发射器固定于水泥立柱的另一端；所述双目视觉测量装置通过转接工装安装于大型数控铣床的数控盘铣刀；所述激光发射器发射激光并入射到双目视觉测量装置，双目视觉测量装置测量第一个载荷安装面的子阵面，并将测量结果输出到测量控制计算机；完成测量后，大型数控铣床带动双目视觉测量装置到下一位置，直至所有子阵面测量完成。

进一步，所述双目视觉测量装置包括双目视觉传感器、位置敏感器以及倾角传感器，所述双目视觉传感器包括2个相机和1个投影仪；三者按照一定的相对位置关系封装在双目视觉测量装置的机械壳体内部。

进一步，所述转接工装的材料牌号选择304L不锈钢，所述转接工装包括2块L型板、1块U型板、1块上侧板、1块底板；2块L型板通过螺栓与U型板固定连接；上侧板和底板分别通过螺栓与2块L型板固定连接。

进一步，所述双目视觉测量装置的机械壳体通过4个M10的螺栓紧固于所述转接工装的底板上；所述转接工装的U型板通过4个M16的螺栓紧固于所述大型数控铣床的滑枕上。

进一步，所述水泥立柱安置在大型数控铣床旁边距离载荷安装面0.4m的位置处。

进一步，所述测量控制计算机与大型数控铣床的数控系统终端之间采用以太网实现数据通信和控制连接；所述测量控制计算机与双目视觉传感器、测量控制计算机与位置敏感器、测量控制计算机与倾角传感器之间采用数据线缆连接，实现电信号的传输。

进一步，所述测量控制计算机采用如下方式控制测量过程：先由测量控制计算机向大型数控铣床发送运动指令，控制大型数控铣床运动，实现双目视觉传感装置的位姿变换；当运动到位后，大型数控铣床返回信息给测量控制计算机，测量控制计算机控制双目视觉传感器、位置敏感器分别对待测的单个载荷安装面子阵面、激光发射器发射的光平面开始进行测量；当测量完毕后，测量控制计算机再次向大型数控铣床发送运动指令，如此反复直到完成对所有载荷安装面子阵面的测量。

进一步，还包括：测量软件，所述测量软件包括数据采集功能模块、数据处理功能模块、结果输出功能模块；数据采集功能模块实现位置敏感器、倾角传感器和双目视觉传感器测量数据的采集；数据处理功能模块实现对双目视觉传感器数据的去噪和点云简化、完成所有数据的拼接及修正补偿、计算平面度及调修量；结果输出功能模块实现将测量得到的数据和计算的结果进行显示保存。

进一步，所述大型数控铣床根据测量软件计算得到的平面度及调修量，对大尺度载荷安装面进行加工调修。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明提出的一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，激光发射装置旋转，发射的光平面作为参考平面。铣床主轴带动双目视觉传感器运动，测量大尺度载荷安装面各个子阵面在测量基准坐标系下坐标，同时通过固定于其上的位置敏感器得到双目视觉传感器相对参考平面的偏移量，与双目传感器的测量结果联合，对大尺度载荷安装面平面度进行评价。根据平面度评定结果，计算修整量，采用切削参数局部调整法对大尺度载荷安装面进行半精调修加工和精调修加工。有效实现的航天器大尺度载荷安装面平面度测量、调修工序的一体化与自动化，避免了以往调修工序中的人工辅助和人工干预，显著缩短了大尺度载荷安装面平面度调修工序的时间；避免了传统点接触测量引起但被测表面变形和划伤问题，自动化程度高，满足了航天器大尺度载荷安装面高精度制造要求。本发明在航天领域有着广泛的应用前景，本发明还可推广至有类似需求的其他行业，经济效益可观。

附图说明

图1为本发明一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统工作状态下的整体结构示意图；

图2为本发明一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统的转接工装的结构示意图。

图3为本发明一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统的双目视觉测量装置的外部结构示意图。

图4为本发明一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统的双目视觉测量装置的内部示意图。

图中：1-离散分布的航天器大尺度载荷安装面子阵面，2-双目视觉测量装置，3-转接工装，4-数控盘铣刀，5-滑枕，6-大型数控铣床，7-测量控制计算机，8-写字台，9-水泥底座，10-隔振器，11-水泥立柱，12-激光发射器，13-上侧板， 14-L型板，15-U型板，16-M16的螺栓，17-底板，18-倾角传感器，19-位置敏感器，20-投影仪，21-相机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-4所示，本发明实施例提供了一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，包括：双目视觉测量装置2、激光发射器12、水泥立柱11、隔振器10、水泥底座9、大型数控铣床（含数控系统）6、转接工装3、测量控制计算机7和测量软件；所述大型数控铣床6对安装面进行加工；所述水泥立柱11固定于水泥底座9，水泥立柱11与水泥底座9之间安装有隔振器10；所述激光发射器12固定于水泥立柱11的另一端；所述双目视觉测量装置2通过转接工装3安装于大型数控铣床6的数控盘铣刀；所述激光发射器12发射激光并入射到双目视觉测量装置2，双目视觉测量装置2测量第一个载荷安装面的子阵面1，并将测量结果输出到测量控制计算机7；完成测量后，大型数控铣床6带动双目视觉测量装置2到下一位置，直至所有子阵面测量完成；所述测量软件处理双目视觉测量装置的测量数据。

结合参考图1、图3和图4，所述双目视觉测量装置2包括双目视觉传感器、位置敏感器19以及倾角传感器18，所述双目视觉传感器包括2个相机21和1个投影仪20；三者按照一定的相对位置关系封装在双目视觉测量装置2的机械壳体内部。所述测量控制计算机7与所述大型数控铣床6的数控系统终端之间采用以太网实现数据通信和控制连接；所述测量控制计算机7与双目视觉传感器、测量控制计算机7与位置敏感器19、测量控制计算机与倾角传感器18之间采用数据线缆连接，实现电信号的传输。

结合参考图1和图2，所述转接工装3的材料牌号优选304L不锈钢，所述转接工装3包括2块L型板14、1块U型板15、1块上侧板13、1块底板17。2块L型板14通过螺栓与U型板15固定连接；上侧板13和底板17分别通过螺栓与2块L型板14固定连接。所述双目视觉测量装置2的机械壳体通过4个M10的螺栓紧固于所述转接工装3的底板17上；所述转接工装的U型板15通过4个M16螺栓16紧固于所述大型数控铣床的滑枕5上。

所述水泥立柱11安置在大型数控铣床6旁边距离载荷安装面0.4m的位置处；所述激光发射器12安置在水泥立柱11顶部；所述水泥立柱11和所述水泥底座9通过4个所述隔振器10连接，避免厂房环境中的振动传递至激光发射器。

下面对该实例的具体使用过程进行说明：

1）对被测大尺度载荷安装面的各离散子阵面位置进行测量路径规划，将待测位置信息以及传感器标定参数输入测量软件中；

2）根据上一步规划的载荷安装面各离散子阵面的位置信息和测量路径，编制机床数控程序；

3）执行机床数控程序，驱动机床带动双目视觉测量装置移动到第一个待测位置，对第一个载荷安装面的子阵面进行测量；完成数据采集后机床带动双目视觉测量装置到下一位置，进行下一个载荷安装面的子阵面的测量和数据采集，依次直到所有子阵面完成测量。

4）在测量软件中进行测量数据处理，对采集的点云数据进行去噪、拼接、简化。

5）在测量软件中对由各离散子阵面组成的大尺度载荷安装面平面度进行评定；并根据平面度设计值，计算下一次修整工序中各子阵面的加工余量；

6）根据测量软件计算得到的平面度及调修量，对大尺度载荷安装面进行加工调修。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，包括：双目视觉测量装置、激光发射器、水泥立柱、隔振器、水泥底座、大型数控铣床、转接工装、测量控制计算机；所述大型数控铣床对安装面进行加工；所述水泥立柱固定于水泥底座，水泥立柱与水泥底座之间安装有隔振器；所述激光发射器固定于水泥立柱的另一端；所述双目视觉测量装置通过转接工装安装于大型数控铣床的数控盘铣刀；所述激光发射器发射激光并入射到双目视觉测量装置，双目视觉测量装置测量第一个载荷安装面的子阵面，并将测量结果输出到测量控制计算机；完成测量后，大型数控铣床带动双目视觉测量装置到下一位置，直至所有子阵面测量完成。

2.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述双目视觉测量装置包括双目视觉传感器、位置敏感器以及倾角传感器，所述双目视觉传感器包括2个相机和1个投影仪。

3.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述转接工装的材料牌号选择304L不锈钢，所述转接工装包括2块L型板、1块U型板、1块上侧板、1块底板；2块L型板通过螺栓与U型板固定连接；上侧板和底板分别通过螺栓与2块L型板固定连接。

4.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述双目视觉测量装置的机械壳体通过4个M10的螺栓紧固于所述转接工装的底板上；所述转接工装的U型板通过4个M16的螺栓紧固于所述大型数控铣床的滑枕上。

5.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述水泥立柱安置在大型数控铣床旁边距离载荷安装面0.4m的位置处。

6.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述测量控制计算机与大型数控铣床的数控系统终端之间采用以太网实现数据通信和控制连接；所述测量控制计算机与双目视觉传感器、测量控制计算机与位置敏感器、测量控制计算机与倾角传感器之间采用数据线缆连接，实现电信号的传输。

7.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述测量控制计算机采用如下方式控制测量过程：先由测量控制计算机向大型数控铣床发送运动指令，控制大型数控铣床运动，实现双目视觉传感装置的位姿变换；当运动到位后，大型数控铣床返回信息给测量控制计算机，测量控制计算机控制双目视觉传感器、位置敏感器分别对待测的单个载荷安装面子阵面、激光发射器发射的光平面开始进行测量；当测量完毕后，测量控制计算机再次向大型数控铣床发送运动指令，如此反复直到完成对所有载荷安装面子阵面的测量。

8.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，还包括：测量软件，所述测量软件包括数据采集功能模块、数据处理功能模块、结果输出功能模块；数据采集功能模块实现位置敏感器、倾角传感器和双目视觉传感器测量数据的采集；数据处理功能模块实现对双目视觉传感器数据的去噪和点云简化、完成所有数据的拼接及修正补偿、计算平面度及调修量；结果输出功能模块实现将测量得到的数据和计算的结果进行显示保存。

9.依据权利要求1所述的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，其特征在于，所述大型数控铣床根据测量软件计算得到的平面度及调修量，对大尺度载荷安装面进行加工调修。