CN110617794B - 航天器装配精度测量数据在线采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明航天器装配精度测量数据在线采集系统及方法，包括下位机控制模块、通信模块、联机模块、数据采集模块、数据处理模块及数据管理模块。本发明实现了电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备的统一接入和测量数据在线采集，并通过算法库实现测量精度的自动计算；通过在线读取三维设计模型，实现测量预置值的自动获取，支持测量方案的快速制定；能够实现测量数据的集中存储，并将测量数据与型号、研制阶段、工艺进行关联管理，实现数据的在线查询、统计分析；系统采用B/S架构建设，具有部署方便、瘦客户端的特点，用户可以根据权限通过浏览器来进行对设备的监控，且能实现原来单机部署的专用软件才能实现的测量功能，便于功能扩展。

Description

航天器装配精度测量数据在线采集系统及方法

技术领域

本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种航天器装配精度测量数据在线采集系统及方法。

背景技术

为保证航天器装配精度和可靠性，在产品装配过程中需对其结构、有效载荷及仪器设备的安装位置、空间角度等精度数据进行测量、计算和分析。目前国内外针对航天器制造领域普遍采用电子经纬仪、激光跟踪仪等设备或自主研制高精度角度测量设备进行测量，主要通过工业控制计算机或PC机部署单机版的测量软件进行精度测量数据的采集、解算和存储。

现有技术，中国专利《基于光电自准直仪的卫星高精度测角方法》(公开号：106468544B)提供了一种基于光电自准直仪的卫星高精度测角方法，包括以下步骤：步骤一，将卫星固支放置于转台上，该状态记为“状态一”；步骤二，采用两台自准直仪分别瞄准两台单机上的立方镜，并且调整自准直仪的位置，使得自准直仪测量光路与对应被测立方镜面垂直；步骤三，将转台绕旋转轴旋转一个微小角度；步骤四，获得两台单机上立方镜被测镜面的角度偏转量，并计算得到两台自准直仪在传感器屏幕上的像点坐标。本发明通过多台自准直仪器自动获取被测镜面的空间微小角度变化，在利用自准直仪超高精度测量能力的前提下，能够避免人为操作引起的测量误差，进一步提高卫星测角精度，具有兼容多次测量、计算快捷、测量精度高等优点。

上述测量数据采集方法在实际使用过程中，存在以下几点不足：

(1)现有测量软件一般是针对一套或一类设备定制开发，设备连接、数据采集和计算功能单一且难以扩展；

(2)采用单机部署测量软件的方式，一方面设计与工艺参数难以在线获取以支撑测量方案的快速生成；另一方面，测量结果难以实时在线获取，需经过存储介质进行导出，影响数据使用效率；

(3)精度测量数据未实现有效的组织管理，难以进行历史数据统计与比对分析，以支持设计和工艺改进，数据的查询和追溯也较为困难。

因此，研发一种航天器装配精度测量数据在线采集系统，对提高航天器装配精度测量效率和产品质量具有重要意义。

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解决上述技术问题的航天器装配精度测量数据在线采集系统及方法。

为了达到上述发明目的，本发明航天器装配精度测量数据在线采集系统，包括下位机控制模块、通信模块、联机模块、数据采集模块、数据处理模块及数据管理模块；其中

下位机控制模块通过通信模块与联机模块及数据采集模块连接，数据采集模块与数据处理模块及数据管理模块连接；

下位机控制模块用于连接电子经纬仪、激光跟踪仪和定制开发的高精度角度测量设备，实现上述设备的控制；

通信模块用于服务器与客户端之间的信息传递；

联机模块用于控制设备通信连接或断开，并实现设备标定和设备运行状态监控；

数据采集模块用于测量预置参数输入及测量过程中数据在线采集；

数据处理模块用于系统参数设置、异常采集数据剔除、空间坐标解算、空间角度计算；

数据管理模块用于测量数据的关联存储、查询、统计分析、对比判读、可视化展示及报表输出。

优选地，联机模块包括设备管理模块、联机监控模块；其中

设备管理模块用于设备基本信息配置；

联机监控模块用于设备通信连接、断开及设备故障状态监控。

优选地，数据采集模块包括设备标定模块、测量参数设置模块、测量数据在线读取模块；其中

设备标定模块用于系统初始化、设备初始化、标定点测量与解算、测量坐标系建立；

测量参数设置模块用于设置电子经纬仪测量点集、点号、测量标志、测量次数；用于设置高精度角测量设备测量目标位置预置值、测量顺序、对瞄基准、设备轴系误差、设备运动参数；

测量数据在线读取模块用于在线实时采集电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备采集的测量数据。

优选地，数据处理模块包括原始测量数据处理模块、算法库模块、精度解算模块；其中

原始测量数据处理模块用于剔除小概率异常数据；

算法库模块包含坐标和角度测量算法；

精度解算模块用于读取原始测量数据并调用算法库进行装配精度解算。

优选地，数据管理模块包括数据关联模块、数据查询模块、数据统计分析模块、数据可视化展示与输出模块；其中

数据关联模块用于将原始测量数据和精度计算数据与属性信息关联；

数据查询模块用于根据属性信息对原始测量数据和精度解算数据进行在线查询，获取符合查询条件的数据集；

数据统计分析模块用于对测量任务、测量项目、测量数据量等数量进行统计，并按对不同测量任务、同一测量项目数据进行比对分析和趋势判断；

数据可视化展示与输出模块用于在系统网页中采用散点图、折线图、柱状图等图表对测量数据及统计分析结果进行可视化展示，并按固定格式进行报表输出。

优选地，下位机控制模块通过1台多路通讯控制器与电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备连接。

优选地，通信模块通过局域网、采用Web service技术实现服务器与客户端间的信息交互。

优选地，航天器装配精度测量数据在线采集系统基于B/S架构来建立。

优选地，航天器装配精度测量数据在线采集系统通过Web service与PDM系统集成，获取三维设计模型信息；通过Web service与MES系统集成，传递测量任务信息、测量结果数据。

一种航天器装配精度测量数据在线采集方法，包括以下步骤：

步骤1，联机模块选择测量设备进行通信连接；

步骤2，数据采集模块对设备进行标定，在线读取三维设计模型中测量目标预置值，设置其他测量参数，通过联机模块和通信模块将测量参数、指令下发至下位机控制模块，控制测量设备开始测量；

步骤3，通信模块通过Web service技术将下位机控制模块采集的测量数据传送给数据采集模块，进而传递给数据处理模块；

步骤4，数据处理模块对原始测量数据进行处理，剔除小概率异常数据，根据测试项目自动选择算法库中对应算法，对装配精度进行解算，获得计算结果；

步骤5，将原始测量数据和计算结果与属性信息进行关联存储；通过查询模块按查询条件进行在线查询；通过数据统计分析模块，对测量数据进行统计、分析和比对；通过可视化展示与输出模块对测量数据和统计分析结果数据进行查看，并根据需要将测量数据进行报表输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明实现了电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备的统一接入和测量数据在线采集，并通过算法库实现测量精度的自动计算；

(2)本发明通过在线读取三维设计模型，实现测量预置值的自动获取，支持测量方案的快速制定；

(3)本发明能够实现测量数据的集中存储，并将测量数据与型号、研制阶段、工艺进行关联管理，实现数据的在线查询、统计分析；

(4)本发明的系统采用B/S架构建设，具有部署方便、瘦客户端的特点，用户可以根据权限通过浏览器来进行对设备的监控，且能实现原来单机部署的专用软件才能实现的测量功能，并便于功能扩展。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明系统组成示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为本发明系统与测量设备及其他软件系统集成方案示意图；

图4为测量数据多维度组织示意图。

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1是按照本发明构建的航天器装配精度测量数据在线采集系统的组成示意图。该系统包括下位机控制模块、通信模块、联机模块、数据采集模块、数据处理模块和数据管理模块，下面对其逐一进行具体解释说明。

下位机控制模块，部署在一台工业控制计算机上，通过通信模块与联机模块及数据采集模块相连，同时通过1台多路通讯控制器与电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备连接；下位机控制模块主要控制电子经纬仪、激光跟踪仪和工业控制计算机的通信与供电，同时控制高精度角度测量设备的光电自准直仪、升降机构、转台等的运动。

通信模块，用于服务器与客户端之间的信息传递；该模块通过局域网，利用Webservice技术实现部署在服务器上的联机模块、数据采集模块等与部署在工业控制计算机上的下位机控制模块之间的通信。

联机模块，用于控制设备通信连接或断开，并实现设备标定和设备运行状态监控；该模块可以配置各类测量设备的名称、类型、IP地址等信息，并可通过联机监控界面，选择一个或多个设备进行连接或断开连接；设备连接状态、故障状态等通过监控界面中可视化图像进行实时展示。

数据采集模块，用于设备标定、测量预置参数输入及测量过程中数据在线采集。设备标定主要包括软硬件系统初始化及测量坐标系建立；测量预置参数输入包括设置测量目标位置预置值、测量顺序及运行参数等，其中测量目标位置预置值可从三维设计模型中直接读取并传递给测量设备，实现模型驱动的快速测量。测量数据在线读取的主要数据类型可包括点电子经纬仪、自准直仪、电子水平仪等的读数。

数据处理模块，用于原始测量数据处理和精度解算。其中，原始测量数据处理主要为剔除小概率异常数据或部分冗余测量数据；精度解算通过选择解算项目、自动调取原始测量数据和算法库中的对应算法自动进行，可包含坐标、角度、形位计算方法等算法，算法库可根据需要进行扩展。

数据管理模块，用于测量数据的关联存储、查询、统计分析、对比判读、可视化展示及报表输出。测量数据可与PBOM进行关联，获取所属型号、研制阶段、组部件、工艺、工序等属性信息；在数据查询时，可通过上述属性信息进行精准查询，或通过关键词进行模糊查询；可统计测量任务、测量项目、测量数据量等数量，并按对不同测量任务、同一测量项目数据进行比对分析和趋势判断；查询和统计分析结果通过图表方式进行网页端展示，也可输出固定格式的电子报表。

结合图2，航天器装配精度测量数据在线采集方法包括以下步骤：

步骤1：联机模块选择测量设备进行通信连接；

步骤2：数据采集模块对设备进行标定，在线读取三维设计模型中测量目标预置值，设置其他测量参数，通过联机模块和通信模块将测量参数、指令下发至下位机控制模块，控制测量设备开始测量；

步骤3：通信模块通过Web service技术将下位机控制模块采集的测量数据传送给数据采集模块，进而传递给数据处理模块；

步骤4：数据处理模块对原始测量数据进行处理，剔除小概率异常数据，根据测试项目自动选择算法库中对应算法，对装配精度进行解算，获得计算结果；

步骤5：将原始测量数据和计算结果与属性信息进行关联存储；通过查询模块按查询条件进行在线查询；通过数据统计分析模块，对测量数据进行统计、分析和比对；通过可视化展示与输出模块对测量数据和统计分析结果数据进行查看，并根据需要将测量数据进行报表输出。

结合图3，航天器装配精度测量数据在线采集系统与测量设备及其他软件系统集成方案具体如下：

(1)系统与测量设备集成：电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备通过多路通讯控制器与工业控制计算机连接，其中多路通讯控制器具备适用于多类、多套设备的RS232、RS485、USB接口；部署在工业控制计算机上的下位机控制模块实现测量设备的通信控制和测量数据传输；

(2)系统与PDM集成：系统通过Web service技术与PDM系统集成，在线获取产品三维设计模型中立方镜镜面中心点位置(x,y,x)和镜面法线矢量(i,j,k)等参数；其中，PDM系统通过调用基于CAD软件二次开发的坐标解析工具软件，从模型中自动解析出用于传递的位置和矢量参数；

(3)系统与MES集成：系统通过Web service技术与MES系统集成，在线传递测量结果数据及测量任务相关的产品代号、测量时间、测量地点、测量人员和温湿度等信息，上述数据用于生产进度监控和资源调度。

结合图4，为实现测量数据的细化组织、快速查询和分类统计分析，将测量数据进行多维度的组织与关联，主要包括以下维度：

(1)数据来源维度：按采集设备进行分类，包括电子经纬仪采集数据、激光跟踪仪采集数据、高精度角度测量系统采集数据等；

(2)组织结构维度：基于PBOM构建测量数据的组织结构，自顶向下依次为型号、阶段、产品、生产计划、工艺过程、工序等层级，可根据测量数据精细化管理的要求，选择不同的层级进行数据的关联；

(3)数据类型维度：按测量数据类型进行分析，包括原始测量数据、点位置坐标、空间角度、设备与环境参数、精度测量报告等。

综上所述，本发明提供的一种航天器装配精度测量数据在线采集系统及方法，能够实现多类测量设备的统一接入、测量数据在线采集、精度自动解算及数据有效管理，系统便于部署、应用和维护，能有效提高航天器装配精度测量效率和数据管理水平。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互单元合。

Claims (8)

1.一种航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，包括下位机控制模块、通信模块、联机模块、数据采集模块、数据处理模块及数据管理模块；其中

下位机控制模块通过通信模块与联机模块及数据采集模块连接，数据采集模块与数据处理模块及数据管理模块连接；

下位机控制模块用于连接电子经纬仪、激光跟踪仪和定制开发的高精度角度测量设备，实现上述设备的控制；

通信模块用于服务器与客户端之间的信息传递；

联机模块用于控制设备通信连接或断开，并实现设备标定和设备运行状态监控；

数据采集模块用于测量预置参数输入及测量过程中数据在线采集；

数据处理模块用于系统参数设置、异常采集数据剔除、空间坐标解算、空间角度计算；

数据管理模块用于测量数据的关联存储、查询、统计分析、对比判读、可视化展示及报表输出；

航天器装配精度测量数据在线采集系统基于B/S架构来建立；

航天器装配精度测量数据在线采集系统通过Web service与PDM系统集成，获取三维设计模型信息；通过Web service与MES系统集成，传递测量任务信息、测量结果数据。

2.根据权利要求1所述的航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，联机模块包括设备管理模块、联机监控模块；其中

设备管理模块用于设备基本信息配置；

联机监控模块用于设备通信连接、断开及设备故障状态监控。

3.根据权利要求2所述的航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，数据采集模块包括设备标定模块、测量参数设置模块、测量数据在线读取模块；其中

设备标定模块用于系统初始化、设备初始化、标定点测量与解算、测量坐标系建立；

测量参数设置模块用于设置电子经纬仪测量点集、点号、测量标志、测量次数；用于设置高精度角测量设备测量目标位置预置值、测量顺序、对瞄基准、设备轴系误差、设备运动参数；

测量数据在线读取模块用于在线实时采集电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备采集的测量数据。

4.根据权利要求3所述的航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，数据处理模块包括原始测量数据处理模块、算法库模块、精度解算模块；其中

原始测量数据处理模块用于剔除小概率异常数据；

算法库模块包含坐标和角度测量算法；

精度解算模块用于读取原始测量数据并调用算法库进行装配精度解算。

5.根据权利要求4所述的航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，数据管理模块包括数据关联模块、数据查询模块、数据统计分析模块、数据可视化展示与输出模块；其中

数据关联模块用于将原始测量数据和精度计算数据与属性信息关联；

数据查询模块用于根据属性信息对原始测量数据和精度解算数据进行在线查询，获取符合查询条件的数据集；

数据统计分析模块用于对测量任务、测量项目、测量数据量等数量进行统计，并按对不同测量任务、同一测量项目数据进行比对分析和趋势判断；

数据可视化展示与输出模块用于在系统网页中采用散点图、折线图、柱状图等图表对测量数据及统计分析结果进行可视化展示，并按固定格式进行报表输出。

6.根据权利要求1所述的航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，下位机控制模块通过1台多路通讯控制器与电子经纬仪、激光跟踪仪、高精度角度测量设备连接。

7.根据权利要求1所述的航天器装配精度测量数据在线采集系统，其特征在于，通信模块通过局域网、采用Web service技术实现服务器与客户端间的信息交互。

8.一种航天器装配精度测量数据在线采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，联机模块选择测量设备进行通信连接；

步骤2，数据采集模块对设备进行标定，在线读取三维设计模型中测量目标预置值，设置其他测量参数，通过联机模块和通信模块将测量参数、指令下发至下位机控制模块，控制测量设备开始测量；

步骤3，通信模块通过Web service技术将下位机控制模块采集的测量数据传送给数据采集模块，进而传递给数据处理模块；

步骤4，数据处理模块对原始测量数据进行处理，剔除小概率异常数据，根据测试项目自动选择算法库中对应算法，对装配精度进行解算，获得计算结果；

步骤5，将原始测量数据和计算结果与属性信息进行关联存储；通过查询模块按查询条件进行在线查询；通过数据统计分析模块，对测量数据进行统计、分析和比对；通过可视化展示与输出模块对测量数据和统计分析结果数据进行查看，并根据需要将测量数据进行报表输出。

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