CN111611655B - 基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法及系统，包括：创建卫星桁架设计模型；采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件。本发明将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，按功能特性对桁架进行精度设置和三维标注，使测量结果能真正体现产品的功能特性，桁架能得到有效的应用。

Description

基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法及系统
技术领域
本发明涉及航天飞行器支撑结构建模设计与检测，具体地，涉及一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法。
背景技术
目前，卫星研制面对多型号并举、高密度发射、质量可靠性要求高、研制周期要求短的形势。卫星桁架为大型卫星的主承力结构，亦可以作为辅助的支撑性结构，为有效载荷提供安装空间和安装位置，主要由接头和杆件组成。
现有的卫星桁架精度设计和检测是基于二维工程图，无法有效地控制零件的形位误差，特别是空间误差，从而造成后续加工控制问题，特别是测量操作的问题，因为当零件非理想时，图中所标注的被测要素不仅是非理想的，且三线的交点是不存在的，测量结果同样不能真正完全体现产品的功能特性，还会造成测量结果得不到有效的应用。为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法，利用本发明，实现了卫星桁架三维模型承载与产品相关的所有设计信息、工艺信息、产品属性等内容，将数据、信息无损、快速、有效的传递和反馈，打通3D技术在设计、工艺和检测整个过程中的各相关环节，提升产品质量、降低成本和提高效率。
专利文献CN106649981A(申请号：201610971445.3)公开了一种针对卫星桁架结构三维模型自适应创建和更新的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：在桁架结构三维模型起始位置建立桁架结构对应的骨架模型，在骨架模型中根据整星布局坐标系定义接头中心点和依附上述中心点的局部参照坐标系；步骤2：在骨架模型中，运用空间曲线将接头中心点首尾连接，形成桁架结构对应的线框构型；步骤3：选取参数化杆件模板，在桁架结构装配模型下自动进行与步骤2中的线框构型对应的桁架杆件实体化建模，并按照依附中心点局部参照坐标系自行完成装配；步骤4：以骨架模型中的接头中心点作为桁架接头三维模型的基础，将汇集于同一接头的杆件参数化截面几何信息导入桁架接头三维模型，自动进行桁架接头实体化建模和装配；步骤5：当骨架中线框构型发生更改或桁架接头中心点坐标更新时，桁架结构系统以自适应的方式进行重构，或者重新创建、更新结构元件。该专利着重于桁架三维模型的创建和状态的快速更新迭代的方法，而本发明侧重于桁架的精度设计控制和检测制造工艺的各个环节；一个为前期设计与迭代提供快速设计的方法，一个加强对整个投产的工艺的把控。本发明创新的使用了数字化侧量设备，在此基础上，将设计信息、工艺信息、产品属性等内容，实现设计数据/信息的无损、快速、有效的传递和反馈，实现了自动化检测，提高了检验效率和质量。
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基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法及系统。
根据本发明提供的一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法，包括：
步骤M1：创建卫星桁架设计模型，并对卫星桁架设计模型进行精度设计控制；
步骤M2：采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；
步骤M3：将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；
所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件；
所述测量模型是利用数字化设备拍照或扫描实物产品，生成的测量模型。
优选地，所述步骤M1包括：
所述卫星桁架设计模型中精度设计控制是指在桁架组件和包括接头的零件卫星桁架设计模型中承载和产品相关的包括所有精度设计信息、工艺信息和产品属性；
创建卫星桁架设计模型中接头的精度通过几何公差和/或误差进行定义，在卫星桁架设计模型中批量进行卫星桁架设计模型中接头的精度设置。
优选地，所述步骤M1包括：快速定义桁架的检验尺寸，将检验要求通过卫星桁架设计模型传递给制造端并导出。
优选地，所述步骤M1包括：将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，根据使用需求对桁架接头的榫头区域和本体区域分区域进行精度设置，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度。
优选地，所述步骤M2包括：采用数字化测量设备对卫星桁架接头进行测量，用最小二乘法进行拟合处理，找到测量数据的最佳函数匹配，判断测量结果的符合性，分区域建立产品测量坐标系。
根据本发明提供的一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测系统，包括：
模块M1：创建卫星桁架设计模型，并对卫星桁架设计模型进行精度设计控制；
模块M2：采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；
模块M3：将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；
所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件；
所述测量模型是利用数字化设备拍照或扫描实物产品，生成的测量模型。
优选地，所述模块M1包括：
所述卫星桁架设计模型中精度设计控制是指在桁架组件和包括接头的零件卫星桁架设计模型中承载和产品相关的包括所有精度设计信息、工艺信息和产品属性；
创建卫星桁架设计模型中接头的精度通过几何公差和/或误差进行定义，在卫星桁架设计模型中批量进行卫星桁架设计模型中接头的精度设置。
优选地，所述模块M1包括：快速定义桁架的检验尺寸，将检验要求通过卫星桁架设计模型传递给制造端并导出。
优选地，所述模块M1包括：将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，根据使用需求对桁架接头的榫头区域和本体区域分区域进行精度设置，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度。
优选地，所述模块M2包括：采用数字化测量设备对卫星桁架接头进行测量，用最小二乘法进行拟合处理，找到测量数据的最佳函数匹配，判断测量结果的符合性，分区域建立产品测量坐标系。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、卫星桁架三维模型承载与产品相关的所有设计信息、工艺信息、产品属性等内容，实现设计数据/信息的无损、快速、有效的传递和反馈，整个设计制造过程中信息传递和管理过程实现了高效、无误、重用；
2、将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，按功能特性对桁架进行精度设置和三维标注，使测量结果能真正体现产品的功能特性，桁架能得到有效的应用；
3、采用数字化测量设备对桁架接头进行测量，并与设计模型进行比对,获取测量云图，实现自动化检测，提高检验效率和质量。
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为本发明基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法的流程图；
图2为本发明基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法的桁架三维标注示意图；
图3为本发明基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法中的桁架三维模型精度设置界面；
图4为本发明基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法中的桁架三维标注检验尺寸定义界面和校验界面；
图5为本发明基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法中卫星桁架接头测量云图示意图；
图2中，1-桁架杆件，2-桁架接头榫头区域，3-桁架接头本体区域
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。
针对现有技术的不足，本发明提供的一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法，包括：卫星桁架三维模型的精度设计控制和基于三维模型的检测，打通3D技术在设计、工艺和检测整个过程中的各相关环节。所述卫星桁架三维模型的精度设计控制是指在桁架组件和接头等零件三维模型中承载与产品相关的所有精度设计信息、工艺信息和产品属性等内容。所述的基于三维模型的检测是指采用测量臂扫描测量设备、三维图像测量系统设备等数字化测量设备进行卫星桁架产品几何精度检测，将测量模型与设计模型进行比对,并获取测量云图、符合性评价。
本发明实现卫星桁架三维模型的精度设计控制，打通3D技术在设计、工艺和检测整个过程中的各相关环节，将信息无损、快速、有效的传递和反馈给制造端，制造端采用数字化测量设备进行自动化检测，提升卫星桁架产品质量、降低成本和提高效率。
根据本发明提供的一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法，包括，如图1所示：
步骤M1：创建卫星桁架设计模型，并对卫星桁架设计模型进行精度设计控制；
步骤M2：采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；
步骤M3：将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；
所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件；
步骤M4：根据验收模块输出检验报告；
所述测量模型是利用数字化设备拍照或扫描实物产品，生成的测量模型。
具体地，所述步骤M1包括：
所述卫星桁架设计模型中精度设计控制是指在桁架组件和包括接头的零件卫星桁架设计模型中承载和产品相关的包括所有精度设计信息、工艺信息和产品属性；
创建卫星桁架设计模型中接头的精度通过几何公差和/或误差进行定义，在卫星桁架设计模型中批量进行卫星桁架设计模型中接头的精度设置。
如图4所示，具体地，所述步骤M1包括：按功能要求快速定义桁架的三维标注检验尺寸，将检验要求通过卫星桁架设计模型传递给制造端，将测量数据导入卫星桁架设计模型中进行校验，并将校验结果导出表格。
如图2、图3所示，卫星桁架主要接头和杆件组成，接头根据使用需求主要分为榫头区域和本体区域，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度，因此分区域批量对榫头、本体区域设置精度。
具体地，所述步骤M1包括：将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，根据使用需求对桁架接头的榫头区域和本体区域分区域进行精度设置，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度，因此精度要求更高。
如图5所示，具体地，所述步骤M2包括：采用数字化测量设备对卫星桁架接头进行测量，用最小二乘法进行拟合处理，找到测量数据的最佳函数匹配，能更好判断测量结果的符合性，更接近实际使用场景，分区域建立产品测量坐标系。并与设计模型进行比对,获取测量云图；有效地控制零件的形位误差，特别是空间误差，测量结果能真正体现产品的功能特性，桁架能得到有效的应用。
根据本发明提供的一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测系统，包括，如图1所示：
模块M1：创建卫星桁架设计模型，并对卫星桁架设计模型进行精度设计控制；
模块M2：采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；
模块M3：将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；
所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件；
模块M4：根据验收模块输出检验报告；
所述测量模型是利用数字化设备拍照或扫描实物产品，生成的测量模型。
具体地，所述模块M1包括：
所述卫星桁架设计模型中精度设计控制是指在桁架组件和包括接头的零件卫星桁架设计模型中承载和产品相关的包括所有精度设计信息、工艺信息和产品属性；
创建卫星桁架设计模型中接头的精度通过几何公差和/或误差进行定义，在卫星桁架设计模型中批量进行卫星桁架设计模型中接头的精度设置。
如图4所示，具体地，所述模块M1包括：按功能要求快速定义桁架的三维标注检验尺寸，将检验要求通过卫星桁架设计模型传递给制造端，将测量数据导入卫星桁架设计模型中进行校验，并将校验结果导出表格。
如图2、图3所示，卫星桁架主要接头和杆件组成，接头根据使用需求主要分为榫头区域和本体区域，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度，因此分区域批量对榫头、本体区域设置精度。
具体地，所述模块M1包括：将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，根据使用需求对桁架接头的榫头区域和本体区域分区域进行精度设置，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度，因此精度要求更高。
如图5所示，具体地，所述模块M2包括：采用数字化测量设备对卫星桁架接头进行测量，用最小二乘法进行拟合处理，找到测量数据的最佳函数匹配，能更好判断测量结果的符合性，更接近实际使用场景，分区域建立产品测量坐标系。并与设计模型进行比对,获取测量云图；有效地控制零件的形位误差，特别是空间误差，测量结果能真正体现产品的功能特性，桁架能得到有效的应用。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
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组合。

Claims (4)

1.一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法，其特征在于，包括：
步骤M1：创建卫星桁架设计模型，并对卫星桁架设计模型进行精度设计控制；
步骤M2：采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；
步骤M3：将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；
所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件；
所述测量模型是利用数字化设备拍照或扫描实物产品，生成的测量模型；
所述步骤M1包括：
所述卫星桁架设计模型中精度设计控制是指在桁架组件和包括接头的零件卫星桁架设计模型中承载和产品相关的包括所有精度设计信息、工艺信息和产品属性；
创建卫星桁架设计模型中接头的精度通过几何公差和/或误差进行定义，在卫星桁架设计模型中批量进行卫星桁架设计模型中接头的精度设置；
所述步骤M1包括：快速定义桁架的检验尺寸，将检验要求通过卫星桁架设计模型传递给制造端并导出；
所述步骤M1包括：将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，根据使用需求对桁架接头的榫头区域和本体区域分区域进行精度设置，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度。
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测方法，其特征在于，所述步骤M2包括：采用数字化测量设备对卫星桁架接头进行测量，用最小二乘法进行拟合处理，找到测量数据的最佳函数匹配，判断测量结果的符合性，分区域建立产品测量坐标系。
3.一种基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测系统，其特征在于，包括：
模块M1：创建卫星桁架设计模型，并对卫星桁架设计模型进行精度设计控制；
模块M2：采用数字化测量设备对卫星桁架产品进行几何精度检测，建立产品测量坐标系，获取卫星桁架产品的测量模型；
模块M3：将测量模型与卫星桁架设计模型进行比对,并获取测量云图和符合性评价；
所述卫星桁架设计模型包括创建三维模型、精度设计控制和检验尺寸定义；卫星桁架设计模型是由接头和杆件模型组成，通过确定桁架接头的坐标位置、杆件的空间走向，创建桁架接头和杆件；
所述测量模型是利用数字化设备拍照或扫描实物产品，生成的测量模型；
所述模块M1包括：
所述卫星桁架设计模型中精度设计控制是指在桁架组件和包括接头的零件卫星桁架设计模型中承载和产品相关的包括所有精度设计信息、工艺信息和产品属性；
创建卫星桁架设计模型中接头的精度通过几何公差和/或误差进行定义，在卫星桁架设计模型中批量进行卫星桁架设计模型中接头的精度设置；
所述模块M1包括：快速定义桁架的检验尺寸，将检验要求通过卫星桁架设计模型传递给制造端并导出；
所述模块M1包括：将产品设计、制造和检测技术一体化考虑，根据使用需求对桁架接头的榫头区域和本体区域分区域进行精度设置，接头榫头区域的角度影响桁架的空间角度。
4.根据权利要求3所述的基于三维模型的卫星桁架精度设计控制和检测系统，其特征在于，所述模块M2包括：采用数字化测量设备对卫星桁架接头进行测量，用最小二乘法进行拟合处理，找到测量数据的最佳函数匹配，判断测量结果的符合性，分区域建立产品测量坐标系。
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