CN110440703A - 大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业检测技术领域,具体涉及一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置及方法。大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,包括简支梁机构、测量小车、旋转支撑机构、旋转夹紧机构和控制系统,测量小车设置在简支梁机构中的简支梁上,旋转支撑机构设置在简支梁机构中的底座上,且位于简支梁机构中一号支座和二号支座的中间,旋转夹紧机构设置在简支梁机构中的底座上,且位于旋转支撑机构和一号支座或二号支座之间,本发明通过将简支梁穿过火箭发动机,且两端架设在一号支座和二号支座上,极大程度的减少了简支梁的下垂度,满足了检测的要求。
Description
技术领域
本发明属于工业检测技术领域,具体涉及一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置及方法。
背景技术
固体火箭发动机一般由金属壳体、涂层绝热层、衬层或包覆层和推进剂组成,涂层一般是由胶状的复合材料经过特定工艺固化到金属壳体上,其固化后的厚度具有严格的要求,因此在生产过程中,需要在填装推进剂前进行涂层厚度的检测,检测时不能改变涂层的内部状态和表面结构。
现有的检测方法有超声检测方法、涡流检测方法和激光检测方法。华北工学院采用“板波诱发纵波超声检测技术”可以检测钢壳体内涂层厚度见中国专利号93118358.8,但该方法需要接触钢质壳体,其适用性与涂层的声衰减系数和厚度有关;涡流检测方法是将涡流探头直接接触涂层测量钢质壳体内的涂层厚度,但该方法容易受涂层软硬强度的影响,且属于接触测量,会造成涂层表面的污染;激光测厚方法是采用激光位移传感器通过测量涂层喷涂前、后激光位移传感器到表面的位移,将两次所测量的值相减即可得到涂层厚度值,纵观上述的分析方法,激光测厚可以很好地实现火箭发动机涂层厚度自动检测。现有的检测方法是采用将激光位移传感器安装在悬臂梁上,通过移动悬臂梁和调整悬臂梁状态进行检测见中国专利号CN201310137425.2。
对于大型固体火箭发动机来说,需要的悬臂梁太长,悬臂梁末端会下垂,不能满足检测要求。
发明内容
本发明针对上述问题提供了一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置及方法。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案:
一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,包括简支梁机构、测量小车、旋转支撑机构、旋转夹紧机构和控制系统,所述测量小车设置在简支梁机构中的简支梁上,所述旋转支撑机构设置在简支梁机构中的底座上,且位于简支梁机构中一号支座和二号支座的中间,用于支撑火箭发动机并辅助其旋转,所述旋转夹紧机构设置在简支梁机构中的底座上,且位于旋转支撑机构和一号支座或二号支座之间,用于夹紧并带动火箭发动机旋转,所述控制系统用于采集测量小车中激光位移传感器和旋转支撑机构中编码器的数据,并根据采集到的数据控制测量小车中的一号电机、一号舵机和二号舵机以及旋转夹紧机构中二号电机的运动。
进一步,所述简支梁机构包括底座、一号支座、简支梁和二号支座,所述一号支座和二号支座分别设置在底座的左右两边,所述简支梁穿过火箭发动机和旋转夹紧机构架设在一号支座和二号支座上。
再进一步,所述测量小车包括小车主体、一号电机、一号舵机、旋转臂、二号舵机和激光位移传感器,所述一号电机和一号舵机设置在小车主体上,所述一号电机通过皮带传动带动小车主体上的车轴转动,从而带动小车在简支梁上移动,所述旋转臂的一端与一号舵机的舵机摇臂固定连接,所述二号舵机设置在旋转臂的另一端,所述激光位移传感器固定设置在二号舵机的舵机摇臂上。
更进一步,所述旋转支撑机构包括支撑轮组架和编码器,所述支撑轮组架前后可移动的设置在底座上,且至少设置有两对,在所述支撑轮组架上设置有支撑轮,用于支撑火箭发动机并辅助火箭发动机旋转,所述编码器与其中的一个支撑轮同轴设置,用于测量火箭发动机的转动角度或位移量。
更进一步,所述旋转支撑机构还包括压轮支撑架和压轮,所述支撑架设置在底座上,且位于火箭发动机的轴向中部,所述压轮安装在压轮支撑架上,用于压紧火箭发动机。
更进一步,所述压轮支撑架由设置在底座前后两端的两个立柱和架设在两个立柱上的横杆组成,所述横杆的一端与其中的一个立柱铰连接,另一端与另一个立柱活动连接,在所述横杆上设置有固定转轴,所述压轮安装在固定转轴上。
更进一步,所述旋转夹紧机构包括机头、三爪卡盘和二号电机,所述三爪卡盘和二号电机设置在机头上,所述三爪卡盘用于夹紧火箭发动机,所述二号电机通过齿轮传动带动三爪卡盘旋转。
更进一步,所述简支梁的上表面设置有导轨,所述小车主体在导轨上移动。
更进一步,所述控制系统包括数据采集卡、控制卡和工控机,所述数据采集卡采集激光位移传感器和编码器并传回工控机,工控机根据设定数据以及编码器的位移数据,生成控制数据并传输给控制卡,控制卡根据控制数据控制一号电机、一号舵机和二号舵机以及二号电机的运动,同时工控机将激光位移传感器检测到的数据进行统计,最后进行三维成像重构出厚度形状。
一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测方法,包括以下步骤:
1)根据火箭发动机尺寸调整好支撑轮组架的位置;
2)打开压轮支撑架上的横杆,将火箭发动机放置在支撑轮上,并手动操作三爪卡盘将火箭发动机的一端夹紧,调整压轮的位置,并将压轮支撑架上的横杆放下,使压轮压紧火箭发动机;
3)将简支梁穿过火箭发动机的两个端口以及旋转夹紧机构架设在一号支座和二号支座上;
4)将测量小车安装至简支梁上,并移动至检测位置,旋转一号舵机和二号舵机,调整旋转臂和激光位移传感器的角度,旋转火箭发动机,根据小车主体、旋转臂和激光位移传感器的状态确定轴向位置,根据编码器的信号确定周向位置,并对之进行检测,得到激光位移传感器距离测量点的距离,对所有的检测点构造数据矩阵H1;
5)测量完毕,卸下测量小车和简支梁,打开压轮支撑架上的横杆和三爪卡盘,取下火箭发动机,按照工艺对火箭发动机进行涂层制作;
6)对完成涂层制作的火箭发动机重复步骤1至步骤4得到第二次检测的数据矩阵H2;
7)进行相减运算,得到厚度矩阵H=H1-H2,即为所有测量位置的涂层厚度值,最后通过工控机进行三维成像重构出厚度形状。
与现有技术相比本发明具有以下优点:
1、本发明通过将简支梁穿过火箭发动机,且两端架设在一号支座和二号支座上,极大程度的减少了简支梁的下垂度,可以满足检测要求;
2、本发明设置了压轮,可以压紧火箭发动机,且压轮位于火箭发动机轴向中部,可以使火箭发动机的旋转更为稳定;
3、本发明在简支梁上设置了导轨可以使测量小车的运行更为稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的结构示意图;
图3为本发明测量小车的结构示意图;
图4为本发明底座、压轮支撑架和压轮的安装示意图;
图中支梁机构—1、测量小车—2、旋转支撑机构—3、旋转夹紧机构—4、火箭发动机—5、底座—101、一号支座—102、简支梁—103、二号支座—104、小车主体—201、一号电机—202、一号舵机—203、旋转臂—204、二号舵机—205、激光位移传感器—206、支撑轮组架—301、压轮支撑架—302、压轮—303、编码器—304、支撑轮—305、机头—401、三爪卡盘—402和二号电机—403。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案,下面结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
如图1至图4所示,一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,包括简支梁机构1、测量小车2、旋转支撑机构3、旋转夹紧机构4和控制系统,所述测量小车2设置在简支梁机构1中的简支梁103上,所述旋转支撑机构3设置在简支梁机构1中的底座101上,且位于简支梁机构1中一号支座102和二号支座104的中间,用于支撑火箭发动机5并辅助其旋转,所述旋转夹紧机构4设置在简支梁机构1中的底座101上,且位于旋转支撑机构3和一号支座102之间,用于夹紧并带动火箭发动机5旋转,所述控制系统用于采集测量小车2中激光位移传感器206和旋转支撑机构3中编码器304的数据,并根据采集到的数据控制测量小车2中的一号电机202、一号舵机203和二号舵机205以及旋转夹紧机构4中二号电机403的运动。
所述简支梁机构1包括底座101、一号支座102、简支梁103和二号支座104,所述一号支座102和二号支座104分别设置在底座101的左右两边,所述简支梁103穿过火箭发动机5和旋转夹紧机构4架设在一号支座102和二号支座104上,所述简支梁103的上表面设置有导轨,所述小车主体201在导轨上移动。
所述测量小车2包括小车主体201、一号电机202、一号舵机203、旋转臂204、二号舵机205和激光位移传感器206,所述一号电机202和一号舵机203设置在小车主体201上,所述一号电机202通过皮带传动带动小车主体201上的车轴转动,从而带动小车在简支梁103上移动,所述旋转臂204的一端与一号舵机203的舵机摇臂固定连接,所述二号舵机205设置在旋转臂204的另一端,所述激光位移传感器206固定设置在二号舵机205的舵机摇臂上。
所述旋转支撑机构3包括支撑轮组架301、压轮支撑架302、压轮303和编码器304,所述支撑轮组架301前后可移动的设置在底座101上,且至少设置有两对,在所述支撑轮组架301上设置有支撑轮305,用于支撑火箭发动机5并辅助火箭发动机5旋转,所述编码器304与其中的一个支撑轮305同轴设置,用于测量火箭发动机5的转动角度或位移量,所述支撑架设置在底座101上,且位于火箭发动机5的轴向中部,所述压轮303安装在压轮支撑架302上,用于压紧火箭发动机5。所述压轮支撑架302由设置在底座101前后两端的两个立柱和架设在两个立柱上的横杆组成,所述横杆的一端与其中的一个立柱铰连接,另一端与另一个立柱活动连接,在所述横杆上设置有固定转轴,所述压轮303安装在固定转轴上。
所述旋转夹紧机构4包括机头401、三爪卡盘402和二号电机403,所述三爪卡盘402和二号电机403设置在机头401上,所述三爪卡盘402用于夹紧火箭发动机5,所述二号电机403通过齿轮传动带动三爪卡盘402旋转。
所述控制系统包括数据采集卡、控制卡和工控机,所述数据采集卡为阿尔泰PCL8622,控制卡为阿尔泰PCL1040H运动控制卡,工控机为研华工控机IPC610L,所述数据采集卡采集激光位移传感器206和编码器304并传回工控机,工控机根据设定数据以及编码器304的位移数据,生成控制数据并传输给控制卡,控制卡根据控制数据控制一号电机202、一号舵机203和二号舵机205以及二号电机403的运动,同时工控机将激光位移传感器206检测到的数据进行统计,最后进行三维成像重构出厚度形状。
一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测方法,包括以下步骤:
1)根据火箭发动机5尺寸调整好支撑轮组架301的位置;
2)打开压轮支撑架302上的横杆,将火箭发动机5放置在支撑轮305上,并操作三爪卡盘402将火箭发动机5的一端夹紧,调整压轮303的位置,并将压轮支撑架302上的横杆放下,使压轮303压紧火箭发动机5;
3)将简支梁103穿过火箭发动机5的两个端口以及旋转夹紧机构4架设在一号支座102和二号支座104上,设定测量小车2的初始位置,并在工控机上设定检测位置及测量小车2的移动数据;
4)将测量小车2安装至简支梁103上,并根据所设定的移动数据控制小车主体201移动至检测位置,控制一号舵机203和二号舵机205旋转带动旋转臂204和激光位移传感器206至指定角度,旋转火箭发动机5,根据小车主体201、旋转臂204和激光位移传感器206的状态确定轴向位置,根据编码器304的信号确定周向位置,并对之进行检测,得到激光位移传感器距离测量点的距离,对所有的检测点构造数据矩阵H1;
5)测量完毕,卸下测量小车2和简支梁103,打开压轮支撑架302上的横杆和三爪卡盘402,取下火箭发动机5,按照工艺对火箭发动机5进行涂层制作;
6)对完成涂层制作的火箭发动机5重复步骤1至步骤4得到第二次检测的数据矩阵H2;
7)进行相减运算,得到厚度矩阵H=H1-H2,即为所有测量位置的涂层厚度值,最后通过工控机进行三维成像重构出厚度形状。
实施例2
如图1至图4所示,一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,包括简支梁机构1、测量小车2、旋转支撑机构3、旋转夹紧机构4和控制系统,所述测量小车2设置在简支梁机构1中的简支梁103上,所述旋转支撑机构3设置在简支梁机构1中的底座101上,且位于简支梁机构1中一号支座102和二号支座104的中间,用于支撑火箭发动机5并辅助其旋转,所述旋转夹紧机构4设置在简支梁机构1中的底座101上,且位于旋转支撑机构3和二号支座104之间,用于夹紧并带动火箭发动机5旋转,所述控制系统用于采集测量小车2中激光位移传感器206和旋转支撑机构3中编码器304的数据,并根据采集到的数据控制测量小车2中的一号电机202、一号舵机203和二号舵机205以及旋转夹紧机构4中二号电机403的运动。
所述简支梁机构1包括底座101、一号支座102、简支梁103和二号支座104,所述一号支座102和二号支座104分别设置在底座101的左右两边,所述简支梁103穿过火箭发动机5和旋转夹紧机构4架设在一号支座102和二号支座104上,所述简支梁103的上表面设置有导轨,所述小车主体201在导轨上移动。
所述测量小车2包括小车主体201、一号电机202、一号舵机203、旋转臂204、二号舵机205和激光位移传感器206,所述一号电机202和一号舵机203设置在小车主体201上,所述一号电机202通过皮带传动带动小车主体201上的车轴转动,从而带动小车在简支梁103上移动,所述旋转臂204的一端与一号舵机203的舵机摇臂固定连接,所述二号舵机205设置在旋转臂204的另一端,所述激光位移传感器206固定设置在二号舵机205的舵机摇臂上。
所述旋转支撑机构3包括支撑轮组架301、压轮支撑架302、压轮303和编码器304,所述支撑轮组架301前后可移动的设置在底座101上,且至少设置有两对,在所述支撑轮组架301上设置有支撑轮305,用于支撑火箭发动机5并辅助火箭发动机5旋转,所述编码器304与其中的一个支撑轮305同轴设置,用于测量火箭发动机5的转动角度或位移量,所述支撑架设置在底座101上,且位于火箭发动机5的轴向中部,所述压轮303安装在压轮支撑架302上,用于压紧火箭发动机5。所述压轮支撑架302由设置在底座101前后两端的两个立柱和架设在两个立柱上的横杆组成,所述横杆的一端与其中的一个立柱铰连接,另一端与另一个立柱活动连接,在所述横杆上设置有固定转轴,所述压轮303安装在固定转轴上。
所述旋转夹紧机构4包括机头401、三爪卡盘402和二号电机403,所述三爪卡盘402和二号电机403设置在机头401上,所述三爪卡盘402用于夹紧火箭发动机5,所述二号电机403通过齿轮传动带动三爪卡盘402旋转。
所述控制系统包括数据采集卡、控制卡和工控机,所述数据采集卡为阿尔泰PCL8622,控制卡为阿尔泰PCL1040H运动控制卡,工控机为研华工控机IPC610L,所述数据采集卡采集激光位移传感器206和编码器304并传回工控机,工控机根据设定数据以及编码器304的位移数据,生成控制数据并传输给控制卡,控制卡根据控制数据控制一号电机202、一号舵机203和二号舵机205以及二号电机403的运动,同时工控机将激光位移传感器206检测到的数据进行统计,最后进行三维成像重构出厚度形状。
一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测方法,包括以下步骤:
1)根据火箭发动机5尺寸调整好支撑轮组架301的位置;
2)打开压轮支撑架302上的横杆,将火箭发动机5放置在支撑轮305上,并操作三爪卡盘402将火箭发动机5的一端夹紧,调整压轮303的位置,并将压轮支撑架302上的横杆放下,使压轮303压紧火箭发动机5;
3)将简支梁103穿过火箭发动机5的两个端口以及旋转夹紧机构4架设在一号支座102和二号支座104上,设定测量小车2的初始位置,并在工控机上设定检测位置及测量小车2的移动数据;
4)将测量小车2安装至简支梁103上,并根据所设定的移动数据控制小车主体201移动至检测位置,控制一号舵机203和二号舵机205旋转带动旋转臂204和激光位移传感器206至指定角度,旋转火箭发动机5,根据小车主体201、旋转臂204和激光位移传感器206的状态确定轴向位置,根据编码器304的信号确定周向位置,并对之进行检测,得到激光位移传感器距离测量点的距离,对所有的检测点构造数据矩阵H1;
5)测量完毕,卸下测量小车2和简支梁103,打开压轮支撑架302上的横杆和三爪卡盘402,取下火箭发动机5,按照工艺对火箭发动机5进行涂层制作;
6)对完成涂层制作的火箭发动机5重复步骤1至步骤4得到第二次检测的数据矩阵H2;
7)进行相减运算,得到厚度矩阵H=H1-H2,即为所有测量位置的涂层厚度值,最后通过工控机进行三维成像重构出厚度形状。
Claims (10)
1.一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:包括简支梁机构(1)、测量小车(2)、旋转支撑机构(3)、旋转夹紧机构(4)和控制系统,所述测量小车(2)设置在简支梁机构(1)中的简支梁(103)上,所述旋转支撑机构(3)设置在简支梁机构(1)中的底座(101)上,且位于简支梁机构(1)中一号支座(102)和二号支座(104)的中间,用于支撑火箭发动机(5)并辅助其旋转,所述旋转夹紧机构(4)设置在简支梁机构(1)中的底座(101)上,且位于旋转支撑机构(3)和一号支座(102)或二号支座(104)之间,用于夹紧并带动火箭发动机(5)旋转,所述控制系统用于采集测量小车(2)中激光位移传感器(206)和旋转支撑机构(3)中编码器(304)的数据,并根据采集到的数据控制测量小车(2)中的一号电机(202)、一号舵机(203)和二号舵机(205)以及旋转夹紧机构(4)中二号电机(403)的运动。
2.根据权利要求1所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述简支梁机构(1)包括底座(101)、一号支座(102)、简支梁(103)和二号支座(104),所述一号支座(102)和二号支座(104)分别设置在底座(101)的左右两边,所述简支梁(103)穿过火箭发动机(5)和旋转夹紧机构(4)架设在一号支座(102)和二号支座(104)上。
3.根据权利要求1所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述测量小车(2)包括小车主体(201)、一号电机(202)、一号舵机(203)、旋转臂(204)、二号舵机(205)和激光位移传感器(206),所述一号电机(202)和一号舵机(203)设置在小车主体(201)上,所述一号电机(202)通过皮带传动带动小车主体(201)上的车轴转动,从而带动小车在简支梁(103)上移动,所述旋转臂(204)的一端与一号舵机(203)的舵机摇臂固定连接,所述二号舵机(205)设置在旋转臂(204)的另一端,所述激光位移传感器(206)固定设置在二号舵机(205)的舵机摇臂上。
4.根据权利要求1所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述旋转支撑机构(3)包括支撑轮组架(301)和编码器(304),所述支撑轮组架(301)前后可移动的设置在底座(101)上,且至少设置有两对,在所述支撑轮组架(301)上设置有支撑轮(305),用于支撑火箭发动机(5)并辅助火箭发动机(5)旋转,所述编码器(304)与其中的一个支撑轮(305)同轴设置,用于测量火箭发动机(5)的转动角度或位移量。
5.根据权利要求4所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述旋转支撑机构(3)还包括压轮支撑架(302)和压轮(303),所述支撑架设置在底座(101)上,且位于火箭发动机(5)的轴向中部,所述压轮(303)安装在压轮支撑架(302)上,用于压紧火箭发动机(5)。
6.根据权利要求5所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述压轮支撑架(302)由设置在底座(101)前后两端的两个立柱和架设在两个立柱上的横杆组成,所述横杆的一端与其中的一个立柱铰连接,另一端与另一个立柱活动连接,在所述横杆上设置有固定转轴,所述压轮(303)安装在固定转轴上。
7.根据权利要求1所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述旋转夹紧机构(4)包括机头(401)、三爪卡盘(402)和二号电机(403),所述三爪卡盘(402)和二号电机(403)设置在机头(401)上,所述三爪卡盘(402)用于夹紧火箭发动机(5),所述二号电机(403)通过齿轮传动带动三爪卡盘(402)旋转。
8.根据权利要求1所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述简支梁(103)的上表面设置有导轨,所述小车主体(201)在导轨上移动。
9.根据权利要求1所述的一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置,其特征在于:所述控制系统包括数据采集卡、控制卡和工控机,所述数据采集卡采集激光位移传感器(206)和编码器(304)并传回工控机,工控机根据设定数据以及编码器(304)的位移数据,生成控制数据并传输给控制卡,控制卡根据控制数据控制一号电机(202)、一号舵机(203)和二号舵机(205)以及二号电机(403)的运动,同时工控机将激光位移传感器(206)检测到的数据进行统计,最后进行三维成像重构出厚度形状。
10.一种大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)根据火箭发动机(5)尺寸调整好支撑轮组架(301)的位置;
2)打开压轮支撑架(302)上的横杆,将火箭发动机(5)放置在支撑轮(305)上,并操作三爪卡盘(402)将火箭发动机(5)的一端夹紧,调整压轮(303)的位置,并将压轮支撑架(302)上的横杆放下,使压轮(303)压紧火箭发动机(5);
3)将简支梁(103)穿过火箭发动机(5)的两个端口以及旋转夹紧机构(4)架设在一号支座(102)和二号支座(104)上;
4)将测量小车(2)安装至简支梁(103)上,并移动至检测位置,旋转一号舵机(203)和二号舵机(205),调整旋转臂(204)和激光位移传感器(206)的角度,旋转火箭发动机(5),根据小车主体(201)、旋转臂(204)和激光位移传感器(206)的状态确定轴向位置,根据编码器(304)的信号确定周向位置,并对之进行检测,得到激光位移传感器距离测量点的距离,对所有的检测点构造数据矩阵H1;
5)测量完毕,卸下测量小车(2)和简支梁(103),打开压轮支撑架(302)上的横杆和三爪卡盘(402),取下火箭发动机(5),按照工艺对火箭发动机(5)进行涂层制作;
6)对完成涂层制作的火箭发动机(5)重复步骤1)至步骤4)得到第二次检测的数据矩阵H2;
7)进行相减运算,得到厚度矩阵H=H1-H2,即为所有测量位置的涂层厚度值,最后通过工控机进行三维成像重构出厚度形状。
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CN201910827661.4A CN110440703A (zh) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | 大型固体火箭发动机涂层厚度非接触自动检测装置及方法 |
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