CN111859582B - 一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，利用扫描设备获取箭体的箱体实物点云模型，以该点云模型为边界结合导管走向和弯管工艺创建导管模型。本发明所述的基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法解决了传统运载火箭取样导管目视、手掰加工不准确问题。

Description

一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法
技术领域
本发明属于运载火箭技术领域，尤其是涉及一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法。
背景技术
导管是运载火箭的“血管”，起燃料输送、阀门控制、气体排放等作用。部分导管安装于箭体的箱底上，箱底是由多个瓜瓣拼焊组成，受焊接变形影响各箱底尺寸均有一定偏差，这便直接导致安装在箱底上的导管无法参照理论模型生产，须在箱底上根据实际导管安装条件生产——导管取样制造。
当前运载火箭导管取样制造方式有两种，一种是在箭上手工弯制铝丝模拟导管走向，箭下再按铝丝弯曲导管，再回箭上试装；另一种是在箭上激光扫描导管安装条件的空间位置，箭下利用机器人复现箭上导管安装条件，在机器人上手工弯制铝丝模拟导管走向，机器人下再按铝丝弯曲导管，不需回箭上试装。
无论是在箭上直接手工铝丝取样，还是在机器人上间接手工铝丝取样，均仍是手工加工。手工铝丝取样制造精度低，易造成后续导管安装不合适，需反复锉修、试装，甚至报废重投，无法保证取样导管按时交付，严重影响了整箭总装进度。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，利用扫描设备和设计软件，在计算机里进行导管取样，采用“数字铝丝”代替传统“手工铝丝”，保证导管走向准确性，减少后续导管箭上试装、锉修次数，保证取样导管交付节点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，利用扫描设备获取箭体的箱体实物点云模型，以该点云模型为边界结合导管走向和弯管工艺创建导管模型。
进一步的，具体方法如下：
S1、利用激光扫描设备扫描箭体的箱底，获取含导管安装条件的箭体点云模型；
S2、基于步骤S1中的箭体点云模型创建导管模型；
S3、将导管模型导入数控弯管机，加工形成导管；
S4、利用扫描设备对导管进行扫描获取该导管的点云模型，将该点云模型与步骤S2中的导管模型进行对比，合格则进行试装；反之淘汰。
进一步的，所述步骤S1中还包括对箭体点云模型创建过程中的校验的过程，具体如下：
一方面采用软件从点云模型中测量最远两安装条件间距离，另一方面采用激光跟踪仪同样测量该距离，将两数值进行比较，差值小于扫描仪测量误差范围视为合格，否则则认为不合格，重新创建。
进一步的，所述步骤S2中，创建导管模型的方法如下：
利用箭体点云模型数据先创建关键点，将各关键点连接成线段，以导管弯曲半径对线段倒圆角获得中心线，再以导管内外径尺寸构建圆环，圆环沿中心线扫略实现导管模型的建立。
进一步的，所述步骤S3中，需要将导管模型转化为igs格式导入数控弯管机加工。
一种Y字型管路精准建模方法，由权利要求1至权利要求4任一所述的建模方法创建得到。
相对于现有技术，本发明所述的基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法具有以下优势：
本发明所述的基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法以扫描物体数据为边界进行其它物体模型创建。即扫描运载火箭箱底上与导管安装相关阀体、卡箍、窗口等，以该些物体点云模型为边界并结合设计导管走向和工艺限制等要求，通过点、线、轮廓方式新建导管模型并用于后续导管加工和箭上安装；解决了传统运载火箭取样导管目视、手掰加工不准确问题，该方法尚属国内外首次。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法流程图；
图2为本发明实施例所述的箱底模型图；
图3为本发明实施例所述的箱底实物图；
图4为本发明实施例所述的箱底点云模型图；
图5为本发明实施例所述的创建关键点示意图；
图6为本发明实施例所述的导管模型图；
图7为本发明实施例所述的箭上试装示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，具体包括如下步骤：
1、建立箭体点云模型
激光扫描设备是通过发射激光，并接收发射光，利用三角测距法获得被测物表面各点距离，在以系统原点通过距离将各点表征出来，当扫描的点足够密集时便形成了“模型”，但实际上该模型是由无数点构成，称为点云模型。
采用扫描设备对部件进行扫描获得含导管安装条件的点云模型，为保证创建的点云模型准确，一方面采用软件从点云模型中测量最远两安装条件间距离，另一方面采用激光跟踪仪同样测量该距离，将两数值进行比较，差值小于扫描仪测量误差范围视为合格。
2、建立导管模型
导管模型一般是按“点、线、轮廓”方式创建。利用箭体点云模型数据先创建关键点，将各关键点连接成线段，以导管弯曲半径对线段倒圆角获得中心线，再以导管内外径尺寸构建圆环，圆环沿中心线扫略完成导管模型建立。
3、导管加工及试装
将导管模型导入数控弯管机加工，采用扫描设备对弯曲件进行扫描获得其点云模型，将弯曲件点云模型与导管模型进行比对，合格后用于箭上试装。
为了更好地解释上述步骤，本专利申请结合安装在某型号运载火箭箱底上的氧排气管(Y字型导管)为例，作为一种实施方式，对上述步骤作进一步说明。
一种Y字型管路精准建模方法，如图2、3所示，该导管具有两根管子、三通、法兰等组成，安装时涉及2个阀体、1个窗口和2个卡箍的等，具体包括如下步骤：
1、箱底点云模型建立：
根据阀体、卡箍、窗口和箱底表面颜色、跨度范围，合理选择扫描设备的曝光度、扫描距离(指主机与箱底距离)对其进行扫描建立箱底点云模型，扫描结果如图4所示。
使用专用软件在箱底点云模型中，选取阀体1端部数据建立平面1，选取阀体1周向数据建立中心线1，利用面线相交命令获得阀体1的中心点1；选取卡箍2侧面数据建立平面2，选取卡箍2弧面数据建立中心线2，利用面线相交命令获得卡箍2的中心点2，测量中心点1与中心点2间距离L1。采用激光跟踪仪测量实物箱底阀体1与卡箍2中心点距离L2。比对L1和L2，比对结果如表1所示。比对偏差在扫描设备精度范围内，箱底点云模型合格。
表1软件测量与设备测量比对
Figure BDA0002613454430000061
2、导管模型建立；
如图5所示，选取阀体2的端部、周向数据建立平面1和中心线1，利用面线相交命令获得中心点1；选取卡箍2的侧面、弧面数据建立平面2和中心线2，利用面线相交命令获得中心点2；参考设计模型中阀体2与卡箍2导管弯曲位置，平面1平移400mm建立平面3，平面3与中心线1相交获得中线点3；中心点4、5、6代表零件三通的三个端点，选取卡箍2上端面数据建立平面4，在平面4内参照三通尺寸(长180mm，中心高120mm)建立中心点4、5、6；选取窗口数据建立平面5，利用平面与窗口相切并投影命令(面片草图命令)获得窗口矩形轮廓，连接矩形轮廓对角线，利用两线相交命令获得中心点7；选取平面5和中心点7，利用点面法向命令建立中心线3；参考设计模型中三通与窗口导管弯管位置，平面5平移200mm建立平面6，平面6与中心线3相交获得中心点8。连接上述各中心点建立中心点线段，以R130(弯管模具中滚轮尺寸)对中心点线段倒角建立中心点曲线，测量各段切点至端点距离L，当L大于220mm(弯管模具中直线段要求)模型设计合理，否则调整中心点位置。同理，创建另一侧导管中心点曲线。
在中心点曲线端部以Φ63mm、Φ60mm(导管内外径)建立圆环，利用截面沿曲线扫略命令获得新导管模型，如图6所示。
3、导管加工及试装
将新导管模型转化为igs格式导入数控弯管机加工，采用扫描设备对弯曲件进行扫描建立弯曲件点云模型，利用专用检测软件的最佳拟合命令，比对弯曲件点云模型与新导管模型偏差值，当偏差值小于±1mm视为合格。将检测合格的弯曲件上箭试装，试装合格，如图6、7所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，其特征在于：利用扫描设备获取箭体的箱体实物点云模型，以该点云模型为边界结合导管走向和弯管工艺创建导管模型；
具体方法如下：
S1、利用激光扫描设备扫描箭体的箱底，获取含导管安装条件的箭体点云模型；
S2、基于步骤S1中的箭体点云模型创建导管模型；
S3、将导管模型导入数控弯管机，加工形成导管；
S4、利用扫描设备对导管进行扫描获取该导管的点云模型，将该点云模型与步骤S2中的导管模型进行对比，合格则进行试装；反之淘汰；
所述步骤S2中，创建导管模型的方法如下：
利用箭体点云模型数据先创建关键点，将各关键点连接成线段，以导管弯曲半径对线段倒圆角获得中心线，再以导管内外径尺寸构建圆环，圆环沿中心线扫略实现导管模型的建立。
2.根据权利要求1所述的基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括对箭体点云模型创建过程中的校验的过程，具体如下：
一方面采用软件从点云模型中测量最远两安装条件间距离，另一方面采用激光跟踪仪同样测量该距离，将两数值进行比较，差值小于扫描仪测量误差范围视为合格，否则则认为不合格，重新创建。
3.根据权利要求1所述的基于箭体实物的复杂结构管路精准建模方法，其特征在于：所述步骤S3中，需要将导管模型转化为igs格式导入数控弯管机加工。
4.一种Y字型管路精准建模方法，其特征在于：由权利要求1至权利要求3任一所述的建模方法创建得到。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112395708B (zh) * 2020-11-27 2024-04-09 北京宇航系统工程研究所 一种基于精确测量的管路数字化重构方法
CN113034689B (zh) * 2021-04-30 2023-09-19 睿宇时空科技(重庆)股份有限公司 基于激光点云的地形三维模型及地形图构建方法和系统、存储介质
CN115289916A (zh) * 2022-08-05 2022-11-04 天津航天长征火箭制造有限公司 模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106874580A (zh) * 2017-01-22 2017-06-20 合肥工业大学 一种基于点云数据的弯管模型重建方法
CN108647384A (zh) * 2018-04-03 2018-10-12 中国建筑第八工程局有限公司 机电管线及设备安装测量定位的方法
CN109377559A (zh) * 2018-10-19 2019-02-22 江南造船(集团)有限责任公司 基于激光扫描的船舶现校管模型生成方法、系统、终端及介质
CN109583377A (zh) * 2018-11-30 2019-04-05 北京理工大学 一种管路模型重建的控制方法、装置及上位机
CN110889898A (zh) * 2019-12-11 2020-03-17 南京航空航天大学 适于单一航空导管外形的建模方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106874580A (zh) * 2017-01-22 2017-06-20 合肥工业大学 一种基于点云数据的弯管模型重建方法
CN108647384A (zh) * 2018-04-03 2018-10-12 中国建筑第八工程局有限公司 机电管线及设备安装测量定位的方法
CN109377559A (zh) * 2018-10-19 2019-02-22 江南造船(集团)有限责任公司 基于激光扫描的船舶现校管模型生成方法、系统、终端及介质
CN109583377A (zh) * 2018-11-30 2019-04-05 北京理工大学 一种管路模型重建的控制方法、装置及上位机
CN110889898A (zh) * 2019-12-11 2020-03-17 南京航空航天大学 适于单一航空导管外形的建模方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Generating parametric models of tubes from laser scans;Ulrich Bauer et al.;《Computer-Aided Design》;20091031;第41卷(第10期);第719-729页 *

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