CN110455203A - 一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业检测技术领域，具体涉及一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法。包括以下步骤：1)线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的安装；2)对火箭发动机内部进行两次造型；3)分别获取线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ对于某一检测位置的数据向量；4)通过数据向量计算出两次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率；5)计算线激光位移传感器Ⅰ两次测量的偏移点数；6)计算得出向量第i个数据对应的测量点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离；7)得到校正后的检测结果；本发明利用线激光位移传感器Ⅱ测得的数据对线激光位移传感器Ⅰ测得的数据进行校正，充分考虑了检测过程中的误差影响因素，降低了测量的误差。

Description

一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法

技术领域

本发明属于工业检测技术领域，具体涉及一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法。

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。“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(见中国专利号CN201310137425.2)，但在实际检测中由于两次相减进行测量，火箭发动机在检测过程中的上下不规则跳动、前后窜动、以及倾斜度都会带来影响，使得测量到的数据误差较大。

发明内容

本发明针对上述问题提供了一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法，包括以下步骤：

1)把固体火箭发动机水平放置，在固体火箭发动机内部设置用于测量固体火箭发动机封头段涂层厚度的线激光位移传感器Ⅰ，在固体火箭发动机外部确定一个边缘为直角结构的圆柱面，且圆柱面的轴线和固体火箭发动机的轴线相重合，将线激光位移传感器Ⅱ竖直朝上安装在火箭发动机的正下方或竖直朝下安装在火箭发动机的正上方，同时保证线激光位移传感器Ⅱ的光束平面的中点与圆柱面的直角边缘相重合，保证固体火箭发动机的轴线、线激光位移传感器Ⅰ的光束平面、线激光位移传感器Ⅱ的光束平面均位于XY平面内；

2)采用线激光位移传感器Ⅰ对火箭发动机内部进行两次造型，第一次为无涂层，第二次为有涂层，分别得到数据矩阵A₁和A₂，采用线激光位移传感器Ⅱ辅助监测火箭发动机圆柱面的位移值，分别得到数据矩阵B₁和B₂；

3)对于某一检测位置，分别获得线激光位移传感器Ⅰ第一次和第二次的数据向量a₁和a₂，和线激光位移传感器Ⅱ第一次和第二次的数据向量b₁和b₂；a₁、a₂、b₁和b₂分别是A₁、A₂、B₁和B₂中相同位置的一个N点向量，N为偶数，是线激光位移传感器的扫描点数；

4)根据向量b₁、b₂的值，得出向量b₁在直角结构圆柱面拐点位置的数据序号i₁，即测得圆柱面的最后一个数据的序号，向量b₂在直角结构圆柱面拐点位置的数据序号i₂，获取位移数据d₁＝b₁(i₁-i₀)，d₂＝b₂(i₂-i₀)，i₀取1～5的一个整数；根据数据b₁(0)～b₁(i₁-i₀)以及直线拟合算法拟合出第一次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率k₁，根据数据b₂(0)～b₂(i₂-i₀)以及直线拟合算法拟合出第二次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率k₂；

5)计算得出线激光位移传感器Ⅰ两次测量时在轴向上偏移的点数n＝(i₁-i₂)Δv/Δu，Δu为线激光位移传感器Ⅰ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离，Δv为线激光位移传感器Ⅱ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离；

6)计算得出向量a₁第i个数据对应的测量点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离l为测量时线激光传感器Ⅰ中心点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离，当线激光传感器Ⅰ在线激光传感器Ⅱ左边时，l取负数；

7)当n＞0时，取i＝n,n+1,…,N-1；当n≤0时，取i＝0,1,N-1+n，求得线激光传感器Ⅰ两次的测量差值h₀(i)＝a₁(i)-a₂(i-n)，以及两次校正的偏差值Δh(i)＝d₂+l(i-n)k₂-d₁-l(i)k₁，最后得到校正后的检测结果h(i)＝h₀(i)±Δh(i)；

8)对于每个检测位置，从数据矩阵A₁、A₂、B₁和B₂抽取出相应的数据，重复3)-7)的步骤，得出所有的位置h(i)，最后按照检测位置，重构出整个厚度检测结果矩阵H。

进一步，所述步骤7)中最后得到校正后的检测结果h(i)，当线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的检测方向相同时，有h(i)＝h₀(i)-Δh(i)；当线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的检测方向相对时，则有h(i)＝h₀(i)+Δh(i)。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1、本发明采用线激光位移传感器Ⅰ对火箭发动机进行两次造型的同时，采用线激光位移传感器Ⅱ测量圆柱面的前后位置以及上下位置的变化，最后利用线激光位移传感器Ⅱ测得的数据对线激光位移传感器Ⅰ测得的数据进行校正，充分考虑了检测过程中的误差影响因素，降低了测量的误差，满足了固体火箭发动机的检测要求。

附图说明

图1为本发明线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的安装示意图；

图2为本发明线激光位移传感器Ⅰ实际测量时测量点示意图；

图3为本发明线激光位移传感器Ⅱ安装时测量点示意图；

图4为本发明线激光位移传感器Ⅱ实际测量时测量点示意图；

图中1-支撑旋转平台，2-火箭发动机，3-火箭发动机轴线，4-涂层，5-线激光位移传感器Ⅰ，6-线激光位移传感器Ⅰ中心点，7-线激光位移传感器Ⅰ光束，,8-多关节臂，9-直角结构圆柱面，10-直角结构圆柱面拐点，11-线激光位移传感器Ⅱ光束，12-线激光位移传感器Ⅱ中心点，13-线激光位移传感器Ⅱ，14-线激光位移传感器Ⅱ第0个测量点，15-线激光位移传感器Ⅱ第1个测量点，16-线激光位移传感器Ⅱ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离Δv，17-线激光位移传感器Ⅱ第个测量点，18-线激光位移传感器Ⅱ第i₁或i₂个测量点，19-线激光位移传感器Ⅱ第i₁-i₀或i₂-i₀个测量点，20-线激光位移传感器Ⅰ第0个测量点，21-线激光位移传感器Ⅰ第1个测量点，22-线激光位移传感器Ⅰ第N-1个测量点，23-线激光位移传感器Ⅰ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离Δu。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。

如图1至图4所示，一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法，包括以下步骤：

1)把固体火箭发动机水平放置，在固体火箭发动机内部设置用于测量固体火箭发动机封头段涂层厚度的线激光位移传感器Ⅰ，在固体火箭发动机外部确定一个边缘为直角结构的圆柱面，且圆柱面的轴线和固体火箭发动机的轴线相重合，将线激光位移传感器Ⅱ竖直朝上安装在火箭发动机的正下方或竖直朝下安装在火箭发动机的正上方，同时保证线激光位移传感器Ⅱ的光束平面的中点与圆柱面的直角边缘相重合，保证固体火箭发动机的轴线、线激光位移传感器Ⅰ的光束平面、线激光位移传感器Ⅱ的光束平面均位于XY平面内；

2)采用线激光位移传感器Ⅰ对火箭发动机内部进行两次造型，第一次为无涂层，第二次为有涂层，分别得到数据矩阵A₁和A₂，采用线激光位移传感器Ⅱ辅助监测火箭发动机圆柱面的位移值，分别得到数据矩阵B₁和B₂；

3)对于某一检测位置，分别获得线激光位移传感器Ⅰ第一次和第二次的数据向量a₁和a₂，和线激光位移传感器Ⅱ第一次和第二次的数据向量b₁和b₂；a₁、a₂、b₁和b₂分别是A₁、A₂、B₁和B₂中相同位置的一个N点向量，N为偶数，是线激光位移传感器的扫描点数；

4)根据向量b₁、b₂的值，得出向量b₁在直角结构圆柱面拐点位置的数据序号i₁，即测得圆柱面的最后一个数据的序号，向量b₂在直角结构圆柱面拐点位置的数据序号i₂，获取位移数据d₁＝b₁(i₁-i₀)，d₂＝b₂(i₂-i₀)，i₀取1～5的一个整数；根据数据b₁(0)～b₁(i₁-i₀)以及直线拟合算法拟合出第一次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率k₁，根据数据b₂(0)～b₂(i₂-i₀)以及直线拟合算法拟合出第二次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率k₂；

5)计算得出线激光位移传感器Ⅰ两次测量时在轴向上偏移的点数n＝(i₁-i₂)Δv/Δu，Δu为线激光位移传感器Ⅰ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离，Δv为线激光位移传感器Ⅱ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离；

6)计算得出向量a₁第i个数据对应的测量点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离l为测量时线激光传感器Ⅰ中心点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离，当线激光传感器Ⅰ在线激光传感器Ⅱ左边时，l取负数；

7)当n＞0时，取i＝n,n+1,…,N-1；当n≤0时，取i＝0,1,N-1+n，求得线激光传感器Ⅰ两次的测量差值h₀(i)＝a₁(i)-a₂(i-n)，以及两次校正的偏差值Δh(i)＝d₂+l(i-n)k₂-d₁-l(i)k₁，最后得到校正后的检测结果h(i)，当线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的检测方向相同时，有h(i)＝h₀(i)-Δh(i)；当线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的检测方向相对时，则有h(i)＝h₀(i)+Δh(i)。

8)对于每个检测位置，从数据矩阵A₁、A₂、B₁和B₂抽取出相应的数据，重复3)-7)的步骤，得出所有的位置h(i)，最后按照检测位置，重构出整个厚度检测结果矩阵H。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)把固体火箭发动机水平放置，在固体火箭发动机内部设置用于测量固体火箭发动机封头段涂层厚度的线激光位移传感器Ⅰ，在固体火箭发动机外部确定一个边缘为直角结构的圆柱面，且圆柱面的轴线和固体火箭发动机的轴线相重合，将线激光位移传感器Ⅱ竖直朝上安装在火箭发动机的正下方或竖直朝下安装在火箭发动机的正上方，同时保证线激光位移传感器Ⅱ的光束平面的中点与圆柱面的直角边缘相重合，保证固体火箭发动机的轴线、线激光位移传感器Ⅰ的光束平面、线激光位移传感器Ⅱ的光束平面均位于XY平面内；

2)采用线激光位移传感器Ⅰ对火箭发动机内部进行两次造型，第一次为无涂层，第二次为有涂层，分别得到数据矩阵A₁和A₂，采用线激光位移传感器Ⅱ辅助监测火箭发动机圆柱面的位移值，分别得到数据矩阵B₁和B₂；

3)对于某一检测位置，分别获得线激光位移传感器Ⅰ第一次和第二次的数据向量a₁和a₂，和线激光位移传感器Ⅱ第一次和第二次的数据向量b₁和b₂；a₁、a₂、b₁和b₂分别是A₁、A₂、B₁和B₂中相同位置的一个N点向量，N为偶数，是线激光位移传感器的扫描点数；

4)根据向量b₁、b₂的值，得出向量b₁在直角结构圆柱面拐点位置的数据序号i₁，向量b₂在直角结构圆柱面拐点位置的数据序号i₂，获取位移数据d₁＝b₁(i₁-i₀)，d₂＝b₂(i₂-i₀)，i₀取1～5的一个整数；根据数据b₁(0)～b₁(i₁-i₀)以及直线拟合算法拟合出第一次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率k₁，根据数据b₂(0)～b₂(i₂-i₀)以及直线拟合算法拟合出第二次造型时直角结构圆柱面轴线的斜率k₂；

5)计算得出线激光位移传感器Ⅰ两次测量时在轴向上偏移的点数n＝(i₁-i₂)Δv/Δu，Δu为线激光位移传感器Ⅰ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离，Δv为线激光位移传感器Ⅱ在测量处两个相邻测量点在轴向上的距离；

6)计算得出向量a₁第i个数据对应的测量点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离l为测量时线激光传感器Ⅰ中心点与线激光传感器Ⅱ中心点在轴向上的距离，当线激光传感器Ⅰ在线激光传感器Ⅱ左边时，l取负数；

7)当n＞0时，取i＝n,n+1,…,N-1；当n≤0时，取i＝0,1,N-1+n，求得线激光传感器Ⅰ两次的测量差值h₀(i)＝a₁(i)-a₂(i-n)，以及两次校正的偏差值Δh(i)＝d₂+l(i-n)k₂-d₁-l(i)k₁，最后得到校正后的检测结果h(i)＝h₀(i)±Δh(i)；

8)对于每个检测位置，从数据矩阵A₁、A₂、B₁和B₂抽取出相应的数据，重复3)-7)的步骤，得出所有的位置h(i)，最后按照检测位置，重构出整个厚度检测结果矩阵H。

2.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机直筒段涂层厚度自动检测校正方法，其特征在于：所述步骤7)中最后得到校正后的检测结果h(i)，当线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的检测方向相同时，有h(i)＝h₀(i)-Δh(i)；当线激光位移传感器Ⅰ和线激光位移传感器Ⅱ的检测方向相对时，则有h(i)＝h₀(i)+Δh(i)。