CN111121713B - 一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，通过工艺基准、基准面建立、工艺基准及基准的转换等方法，确保舱体结构平台上电子仪器的装配精度。本发明的基准转换方法、稳定的基准的建立、基准棱镜安装、测量工艺环研制，可满足外承力筒式结构舱体大型舱体的精密电子仪器装配，满足舱体机械坐标系精度需求。本发明的基准转换方法、稳定的基准的建立、基准棱镜安装、测量工艺环研制，可以保证该外承力筒式大型结构舱体在空载状态、满载状态、与其它舱体连接、吊装、运输等过程，测量基准稳定、无变形，满足在各种状态下测量精度。

Description

一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法
技术领域
本发明涉及一种外承力筒式结构舱体大型舱体工艺基准选取、建立方法、以及工艺装备的配置。
背景技术
探月三期轨道器推进仪器舱是轨道器重要的承载和电子设备的主要安装舱段，舱体的前后端框分别与其它舱段和运载接口的连接，承载其它舱体的载荷。根据任务要求及承载特点。推进仪器舱采用外承力筒式结构构型，为实现结构轻量化设计，推进仪器舱大量采用复合材料结构形式其中筒段、仪器圆盘等产品蜂窝夹层结构，前后端框采用铝合金材料。舱体上舱内舱外有很多电子设备的有较高的安装精度要求，由于轨道器中有部分舱段是采用复合材料研制，其结构刚度、机加工精度可能会对建立结构坐标系的精度、总装中的调试精度，以及各技术状态的重复测量精度等方面，带来不同程度的影响。因此,必须选择一个稳定工艺基准作舱体的转换基准，既选择合适的安装转换立方镜的位置和方式，确保结构坐标系和电子设备安装精度的重复测量及稳定性。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，通过舱体原结构坐标系转移至稳定的工艺基准(工艺测量镜)，达到测量基准的稳定，满足电子设备测量在不同状态下的测量的需求。
为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案为：
一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，该方法的步骤包括：
(1)在所述的外承力筒式结构舱体装配成形后，制作后端框多个连接安装孔和工艺基准安装面；工艺基准安装面设置在后端框上端面的位置上；
(2)在工艺基准安装面上安装工艺立方镜支架及工艺立方镜；
(3)将上述安装完成后舱体利用后端框安装在工艺精测环上，工艺精测环与停放支架车连接，使外承力筒式结构舱体处于稳定的测量状态；
(4)利用舱体后端框的多个安装孔和舱体后端框平面确定YGOGZG平面及舱体机械坐标系原点，通过后端框外缘基准刻线确定坐标系+ZG轴，根据右手法则确定舱体机械坐标系；
(5)通过电子经纬仪将舱体机械坐标系数据转移至后端框两个带十字刻线工艺基准镜上，将机械坐标系的角度、位置关系、两个基准镜之间的角度及位置关系建立矩阵关系，从而建立了工艺基准。
进一步的，外承力筒式结构舱体为筒状蜂窝夹层结构，两端分别与前端框和后端框连接，后端框的安装面上设置了与运载连接的安装孔以及设置工艺基准安装面。
进一步的，在舱体后端框上加工两处工艺基准的安装面，每个安装面设置四个安装孔，每个工艺基准安装面上均通过工艺立方镜支架安装一个工艺基准镜，两个工艺基准镜作为主备份使用。
进一步的，工艺基准镜为K9光学玻璃正方体，外形尺寸为13×13×13mm，三个面上刻十字中心线，通过工艺立方镜支架与之相配合；所述后端框多个连接安装孔具体为12个。
进一步的，工艺精测环呈环状结构，选用不锈钢锻件，端面平面度要求为 0.2mm，上下端面平行度0.2mm，工艺精测环上端面与舱体后端框连接。
进一步的，工艺基准镜的位置保证安装在其上的工艺棱镜在测量过程中实现不遮挡；工艺立方镜安装在配合的工艺立方镜支架内，采用粘胶剂固定，工艺立方镜支架通过4个螺钉连接固定在后端框的上端面上。
进一步的，通过电子经纬仪以工艺基准镜为坐标系测量舱体上有精度要求的电子设备的立方镜，得到三个方向角度数据；经过坐标转换关系得出电子设备与舱体的主基准的数据，从而计算出电子设备的安装精度，并经与设计指标要求的比对后确认是否满足设计指标，如有偏差则对电子设备进行调整，再进行测量直至电子设备的安装精度满足指标要求。
进一步的，舱体机械坐标系OG-XGYGZG定义为：原点OG：舱体与运载火箭对接端面的几何中心；XG轴：沿舱体纵轴，指向舱体顶部；ZG轴：位于舱体与运载火箭对接面内，指向舱体Ⅰ象限线方向；YG轴：与XG、ZG轴构成右手直角坐标系。
进一步的，电子经纬仪对工艺立方镜角度准直进行测量，舱体转换工艺立方镜坐标系0ZjXZjYZjZZj，原点0Zj与舱体原点0Z对应，是工艺立方镜的几何中心； XZj轴，原点指向第三镜面为+XZj轴方向、与舱体XG轴对应；YZj轴原点指向第一镜面为+YZj轴方向，与舱体YG轴对应；ZZj轴原点指向第二镜面为+ZZj轴方向，与舱体ZG轴。
进一步的，电子经纬仪对电子设备上的基准立方镜角度准直进行测量，电子设备立方镜坐标系0XXjXXXjYXXjZXXj，具体定义为：原点0XXj为基准镜立方体几何中心，与舱体原点0Z对应；XXXj轴与舱体XG轴平行，YXXj轴与舱体YG轴平行，ZXXj轴与舱体ZG轴轴平行，指向各轴平行于基准镜平面法线方向。
本发明与现有技术相比带来的有益效果为：
本发明的一种工艺基准转换方法并确保工艺基准的稳定性的装备、测量精度可靠、稳定，极大地提高了舱体总装及精度测量的工作的效率和正确性。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图；
图2是本发明实施例的舱体与结构坐标系图；
图3是本发明实施例的舱体工艺立方镜支座及工艺立方镜图；
图4是本发明较佳实施例工艺精测环图；
图5是本发明较佳实施例舱体结构坐标系转换为工艺基准示意图；
图6是本发明较佳实施例舱体上电子设备精度测量示意图。
具体实施方法
以下将结合图1～图6对本发明的工艺基准转换方法作进一步的详细描述。图1所示为本发明的方法的流程图；图2所示为本发明较佳实施例的舱体与结构坐标系图，如图2所示，本发明较佳实施例的以舱体的结构坐标系为基础，选择舱体后端框为工艺立方镜为安装位置，设置2个工艺基准，一主一备。图3 为工艺立方镜支架包括立方镜通过4个M2螺钉安装在舱体后端框上。图4为工艺精测环，舱体停放在工艺环上。图5为舱体结构坐标系转换为工艺基准示意图，采用电子经纬仪将舱体结构坐标系转换到工艺基准上。图6为舱体上电子设备精度测量示意图，利用建立的工艺基准，通过电子经纬仪测量电子设备的安装精度。
如图1所示，本发明提出的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，步骤包括：
(1)在所述的外承力筒式结构舱体装配成形后，制作后端框多个连接安装孔和工艺基准安装面；工艺基准安装面设置在后端框上端面的位置上，如图2 所示；
(2)在工艺基准安装面上安装工艺立方镜支架及工艺立方镜；
(3)将上述安装完成后舱体利用后端框安装在工艺精测环上，工艺精测环与停放支架车连接，使外承力筒式结构舱体处于稳定的测量状态；
(4)利用舱体后端框的多个安装孔和舱体后端框平面确定YGOGZG平面及舱体机械坐标系原点，通过后端框外缘基准刻线确定坐标系+ZG轴，根据右手法则确定舱体机械坐标系；
(5)通过电子经纬仪将舱体机械坐标系数据转移至后端框两个带十字刻线工艺基准镜上，将机械坐标系的角度、位置关系、两个基准镜之间的角度及位置关系建立矩阵关系，从而建立了工艺基准。
外承力筒式结构舱体为筒状蜂窝夹层结构，两端分别与前端框和后端框连接，后端框的安装面上设置了与运载连接的安装孔以及设置工艺基准安装面。
在舱体后端框上加工两处工艺基准的安装面，每个安装面设置四个安装孔，每个工艺基准安装面上均通过工艺立方镜支架安装一个工艺基准镜，两个工艺基准镜作为主备份使用。
如图3所示，工艺基准镜为K9光学玻璃正方体，外形尺寸为13×13×13mm，三个面上刻十字中心线，通过工艺立方镜支架与之相配合；所述后端框多个连接安装孔具体为12个。
如图4所示，工艺精测环呈环状结构，选用0Cr18Ni9不锈钢锻件，端面平面度要求为不大于0.2mm，上下端面平行度0.2mm，工艺精测环上端面与舱体后端框连接。上端面与舱体后端面连接以24个M8钛合金螺钉连接，下端面与停放支架车的停放面以12个M8碳钢螺钉连接
工艺基准镜的位置保证安装在其上的工艺棱镜在测量过程中实现不遮挡；工艺立方镜安装在配合的工艺立方镜支架内，采用粘胶剂固定，工艺立方镜支架通过4个螺钉连接固定在后端框的上端面上。
如图5所示，通过电子经纬仪以工艺基准镜为坐标系测量舱体上有精度要求的电子设备的立方镜，得到三个方向角度数据；经过坐标转换关系得出电子设备与舱体的主基准的数据，从而计算出电子设备的安装精度，并经与设计指标要求的比对后确认是否满足设计指标，如有偏差则对电子设备进行调整，再进行测量直至电子设备的安装精度满足指标要求。
舱体机械坐标系OG-XGYGZG定义为：原点OG：舱体与运载火箭对接端面的几何中心；XG轴：沿舱体纵轴，指向舱体顶部；ZG轴：位于舱体与运载火箭对接面内，指向舱体Ⅰ象限线方向；YG轴：与XG、ZG轴构成右手直角坐标系。
电子经纬仪对工艺立方镜该方向的角度准直进行测量，舱体转换工艺立方镜坐标系0ZjXZjYZjZZj，原点0Zj与舱体原点0Z对应，是工艺立方镜的几何中心；XZj轴，原点指向镜面3为+XZj轴方向、与舱体XG轴对应；YZj轴原点指向镜面1 为+YZj轴方向，与舱体YG轴对应；ZZj轴原点指向镜面2为+ZZj轴方向，与舱体 ZG轴。
如图6所示，电子经纬仪对电子设备上的基准立方镜角度准直进行测量，电子设备立方镜坐标系0XXjXXXjYXXjZXXj，具体定义为：原点0XXj为基准镜立方体几何中心，与舱体原点0Z对应；XXXj轴与舱体XG轴平行，YXXj轴与舱体YG轴平行，ZXXj轴与舱体ZG轴轴平行，指向各轴平行于基准镜平面法线方向。
本发明舱体坐标系中，舱体的中心为原点并符合右手法则，X、Y、Z三方向为坐标系，工艺基准由工艺立方镜和支架构成，通过电子经纬仪将舱体结构坐标系转换至工艺基准上，建立结构坐标系与工艺基准的关系。工艺立方镜及支座，将工艺立方镜安装在支座内，起到固定立方镜的作用，并通过螺钉安装在舱体后端框上，立方镜共设2个，一个为工艺主基准，另外一个为备份基准。工艺精测环为上下两个面分别在上端面设置于舱体连接停放的安装孔，并通过螺钉连接，下端面设置与停放支架车连接孔，并通过螺钉连接。
本实施例的具体步骤为：
舱体停放在工艺精测环上，舱体后端与工艺精测环采用24个M8×30钛合金螺栓连接，并采用18N.m定力矩；工艺精测环停放在停放支架车上，采用12 个M8×40的碳钢螺钉连接，手动拧紧。
以舱体机械坐标系建立基准，通过舱后端框的12个安装孔和舱后端面确定 YGOGZG平面及舱体机械坐标系原点，通过后端框外缘基准刻线确定坐标系+ZG轴，根据右手法则确定轨道器机械坐标系，在舱体后端框上工艺立方镜，工艺立方镜安装在专用工艺立方镜主座内，采用粘胶剂固定，利用6台电子经纬仪组成测量系统将结构坐标系基准转到工艺棱镜上(数量为2个、一正一备)，通过组成的测量系统。
具体为舱体结构坐标系按右手法则组成坐标系。
基准平面：推进仪器舱后端面具体测量时一精测工艺环的上端面为基准。
原点0G：位于基准平面内，外圆点投影在基准平面上组成圆的圆心。
XG轴：位于基准平面内，原点沿舱体纵轴，指向前端面方向为+XG。
YG轴：位于基准平面内，原点指向Ⅳ象限线方向为+YG。
ZG轴：位于基准平面内，原点指向Ⅰ象限线方向为+ZG。
舱体转换工艺立方镜坐标系0ZjXZjYZjZZj(见图5)。
原点0Zj：是工艺立方镜的几何中心点。
XZj轴：原点指向镜面3(工艺立方镜第三镜面)为+XZj轴方向。(镜面3 法线平行，右手法则垂直于YZj轴及ZZj轴的镜面)
YZj轴：原点指向镜面1(工艺立方镜第一镜面)为+YZj轴方向。(镜面1 法线平行)
ZZj轴：原点指向镜面2(工艺立方镜第二镜面)为+ZZj轴方向。(镜面2 法线平行)
电子设备精测过程中的三个坐标系
a.舱体结构坐标系0GXGYGZG
b.舱体转换立方镜坐标系0ZjXZjYZjZZj
d.电子设备立方镜坐标系0XXjXXXjYXXjZXXj
电子设备立方镜坐标系精度测量传递关系：0XXJ/0G＝0XXj×0XXj/0Zj×0Zj/0G
在电子设备研制过程中测量获得，0XXj/0Zj即设备立方镜坐标系相对舱体转换立方镜坐标系的转换关系(转换矩阵)，在精度测量时，通过电子经纬仪系统直接测量获得。
0Zj/0G即舱体转换立方镜坐标系相对舱体结构坐标系的转换关系(转换矩阵)，在精度测量时，通过电子经纬仪系统直接测量获得。
0XXJ/0G即电子设备结构坐标系相对于舱体结构坐标系的转换关系(转换矩阵)，经过精度测量和测量软件计算获得最后结果。

Claims (8)

1.一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)在所述的外承力筒式结构舱体装配成形后，制作后端框多个连接安装孔和工艺基准安装面；工艺基准安装面设置在后端框上端面的位置上；
(2)在工艺基准安装面上安装工艺立方镜支架及工艺立方镜；
(3)将上述安装完成后舱体利用后端框安装在工艺精测环上，工艺精测环与停放支架车连接，使外承力筒式结构舱体处于稳定的测量状态；
(4)利用舱体后端框的多个安装孔和舱体后端框平面确定YGOGZG平面及舱体机械坐标系原点，通过后端框外缘基准刻线确定舱体机械坐标系+ZG轴，根据右手法则确定舱体机械坐标系；
(5)通过电子经纬仪将舱体机械坐标系数据转移至后端框两个带十字刻线工艺立方镜上，将舱体机械坐标系的角度、位置关系、两个工艺立方镜之间的角度及位置关系建立矩阵关系，从而建立了工艺基准；
舱体机械坐标系OG-XGYGZG定义为：原点OG：舱体与运载火箭对接端面的几何中心；XG轴：沿舱体纵轴，指向舱体顶部；ZG轴：位于舱体与运载火箭对接面内，指向舱体Ⅰ象限线方向；YG轴：与XG、ZG轴构成右手直角坐标系；
在舱体后端框上加工两处工艺基准安装面，每个工艺基准安装面设置四个安装孔，每个工艺基准安装面上均通过工艺立方镜支架安装一个工艺立方镜，两个工艺立方镜作为主备份使用。
2.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：外承力筒式结构舱体为筒状蜂窝夹层结构，两端分别与前端框和后端框连接，后端框的安装面上设置了与运载连接的安装孔以及设置工艺基准安装面。
3.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：工艺立方镜为K9光学玻璃正方体，外形尺寸为13×13×13mm，三个面上刻十字中心线，通过工艺立方镜支架与之相配合；所述后端框多个连接安装孔具体为12个。
4.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：工艺精测环呈环状结构，选用不锈钢锻件，端面平面度要求为0.2mm，上下端面平行度0.2mm，工艺精测环上端面与舱体后端框连接。
5.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：工艺立方镜的位置保证安装在其上的工艺棱镜在测量过程中实现不遮挡；工艺立方镜安装在配合的工艺立方镜支架内，采用粘胶剂固定，工艺立方镜支架通过4个螺钉连接固定在后端框的上端面上。
6.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：还包括如下步骤：通过电子经纬仪以工艺立方镜为舱体机械坐标系测量舱体上有精度要求的电子设备的立方镜，得到三个方向角度数据；经过坐标转换关系得出电子设备与舱体的基准数据，从而计算出电子设备的安装精度，并经与设计指标要求的比对后确认是否满足设计指标，如有偏差则对电子设备进行调整，再进行测量直至电子设备的安装精度满足指标要求。
7.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：还包括如下步骤：电子经纬仪对工艺立方镜角度准直进行测量，舱体转换工艺立方镜坐标系0ZjXZjYZjZZj，原点0Zj与舱体原点0Z对应，是工艺立方镜的几何中心；XZj轴，原点指向第三镜面为+XZj轴方向、与舱体XG轴对应；YZj轴原点指向第一镜面为+YZj轴方向，与舱体YG轴对应；ZZj轴原点指向第二镜面为+ZZj轴方向，与舱体ZG轴。
8.根据权利要求1所述的一种外承力筒式结构舱体精度测量工艺基准建立方法，其特征在于：还包括如下步骤：电子经纬仪对电子设备上的工艺立方镜角度准直进行测量，电子设备立方镜坐标系0XXjXXXjYXXjZXXj，具体定义为：原点0XXj为工艺立方镜立方体几何中心，与舱体原点0Z对应；XXXj轴与舱体XG轴平行，YXXj轴与舱体YG轴平行，ZXXj轴与舱体ZG轴轴平行，指向各轴平行于工艺立方镜平面法线方向。
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