CN111872180B - 一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，包括以下步骤：S1、利用扫描设备进行实物扫描，创建部件点云模型，所述部件点云模型包括后过渡段侧点云模型和发动机侧点云模型；S2、再利用软件将两段点云模型进行虚拟连接，以连接的部件组点云模型为基础建立导管模型；S3、将导管模型导入弯管机加工。本发明所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法解决了须两部件连接后方可上箭铝丝取样的传统手工加工方式，实现了取样导管预先制造，打破了取样导管与箭体总装串行加工方式。

Description

一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法

技术领域

本发明属于运载火箭技术领域，尤其是涉及一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法。

背景技术

导管是运载火箭的重要组成部分，被称为运载火箭的“血管”，主要起燃料输送、增压、测压和吹除等作用，对运载火箭飞行成败可起决定性的作用。根据制造时机可将导管分为预制导管与取样导管，其中预制导管是可直接按设计模型进行加工的产品，取样导管是因部件加工误差，使得导管不可按设计模型加工，须结合箭体实际安装条件进行加工的产品。取样导管与箭体总装串行，极大的影响了箭体周期速度。

当前取样导管制造方式有两种，一种是在总装车间箭上手工弯制铝丝模拟导管走向，回导管车间再按铝丝弯制导管；另一种是在总装车间箭上激光扫描导管安装条件的空间位置，回导管车间利用机械人复现总装车间导管安装条件，再用手工弯制铝丝模拟导管走向方法进行生产。

无论是在总装车间箭上直接手工铝丝取样，还是在导管车间利用机器人间接手工铝丝取样，该些加工方式仍是与箭体总装串行，制约了箭体总装速度。部件实物与设计模型存在偏差是造成导管无法以设计模型加工的根本。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，利用扫描设备和专用软件，在部件未交付总装车间前进行实物扫描，并在计算机中利用专用软件将两个部件进行虚拟连接，以实现建立精准的部件组模型，在以此模型基础进行新导管模型设计，以实现预先获得导管模型用于加工制造，解决取样导管与箭体总装串行，制约箭体总装速度问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，包括以下步骤：

S1、利用扫描设备进行实物扫描，创建部件点云模型，所述部件点云模型包括后过渡段侧点云模型和发动机侧点云模型；

S2、再利用软件将两段点云模型进行虚拟连接，以连接的部件组点云模型为基础建立导管模型；

S3、将导管模型导入弯管机加工。

进一步的，所述步骤S1中，具体执行方法如下：

对扫描设备选择强曝光模式，分别对发动机和后过渡段中的导管安装相关的阀体、发动机与后过渡段连接相关的基准平面和定位孔进行扫描；

其中对后过渡段侧与导管安装相关条件边界扫描形成后过渡段侧点云模型，对发动机侧与导管安装相关边界条件点云扫描形成发动机侧点云模型。

进一步的，所述扫描设备包括但不限于激光扫描设备；

扫描设备到被测物间的距离为1-3.5m。

进一步的，所述步骤S2的具体执行方法如下：

S201、将步骤S1中扫描获取的后过渡段侧点云模型和发动机侧点云模型导入软件中；

S202、使用软件在后过渡段侧点云模型中选取与发动机侧连接相关基准平面上的任意3个点，利用多点创建平面命令建立平面；

S203、用软件选取与发动机侧连接相关基准孔上的边境，并投影至平面上，利用轮廓创建圆命令建立基准孔；

S204、使用软件选取3个基准孔，利用三点建立圆命令建立大圆心，即建立基准圆心；

S205、依据步骤S202-S204，建立发动机侧点云模型的基准平面、基准孔、基准圆心；

S206、火箭的后过渡段和发动机均为同外径的圆柱形部件，在其对接面有共用的平面和特定方向的基准孔，在软件中选择后过渡段侧和发动机侧的基准平面、基准孔、基准圆心分别进行配对，利用基准对齐命令实现后过渡段侧与发动机侧的虚拟连接。

进一步的，所述步骤S2中，创建导管模型的具体方法如下：

以虚拟连接的部件组点云模型中阀体为边界，使用软件选取阀体端面和周向数据，建立端面平面1和中心线1，再利用面线相交创建点命令建立中心点1；结合设计导管模型尺寸，将平面1平移800mm建立平面2，平面2与中心线1相交建立中心点2，同理，在部件组另一侧建立阀体2中心点3、平移平面中心点4，将中心点1、2、3、4连线，再经线段导圆角，圆环扫略即可得新导管模型。

进一步的，通过弯管机加工后，还包括校验过程，具体如下：

采用扫描设备对加工好的取样导管进行扫描，创建点云模型，利用软件比对该点云模型与新导管模型，当偏差值在设定范围内，则认为弯管合格，否则，不合格。

相对于现有技术，本发明所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法具有以下优势：

本发明所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法利用扫描设备及专用软件，在计算机中实现两部件虚拟连接，并以此为基础建立新导管模型用于导管加工，解决了须两部件连接后方可上箭铝丝取样的传统手工加工方式，实现了取样导管预先制造，打破了取样导管与箭体总装串行加工方式。

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运载火箭跨部件取样导管预制制造方法流程图；

图2为本发明实施例所述的增压导管装配图；

图3为本发明实施例所述的部件点云模型图；

图4为本发明实施例所述的创建平面示意图；

图5为本发明实施例所述的创建基准孔(小圆心)示意图；

图6为本发明实施例所述的创建基准圆心(大圆心)示意图；

图7为本发明实施例所述的虚拟连接示意图；

图8为本发明实施例所述的建立中心点示意图；

图9为本发明实施例所述的导管模型示意图；

图10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，一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法：

采用扫描设备创建部件实物点云模型，再利用软件将部件点云模型进行虚拟连接，以连接的部件组点云模型为基础建立新导管模型，将导管模型导入弯管机加工，采用扫描设备对弯曲件扫描，利用软件比对导管新模型与点云模型确保导管加工合格，将检测合格的导管上箭试装，验证方法可行性。

具体如下：

1、建立部件点云模型

以某种型号运载火箭增压导管为对象开展，该导管一部分安装于发动机上，另一分部安装于后过渡段上，属于典型跨箭体取样导管，产品设计模型如图2所示。

采用激光扫描设备，设备距被测物距离1-3.5m，其中2.5m最为合适，选择强曝光模式，分别对发动机和后过渡段中与导管安装相关的阀体、发动机与后过渡段连接相关的基准平面和定位孔进行扫描。扫描结果如图3所示，其中图a)为后过渡段侧与导管安装相关边界扫描结果，图b)为发动机侧与导管安装相关边界扫描结果。

2、部件点云模型拼接

将后过渡段侧点云模型和发动机侧点云模型导入专用软件。在后过渡段侧点云模型，使用专用软件选取与发动机侧连接相关基准平面上的任意3个点，利用多点创建平面命令建立平面1，如图4所示；使用专用软件选取与发动机侧连接相关基准孔上的边境，并投影至平面1上，利用轮廓创建圆命令建立基准孔(小圆心)，如图5所示；使用专用软件选取3个基准孔(小圆心)，利用三点建立圆命令建立大圆心，如图6所示。至此，基准平面、基准孔(方向)、基准圆心创建完毕。同理建立发动机侧点云模型的基准平面、基准孔(方向)、基准圆心。

后过渡段和发动机均为同外径的圆柱形部件，在其对接面有共用的平面和特定方向的基准孔。因此，在专用软件中选择后过渡段侧和发动机侧的基准平面、基准孔、基准圆心分别进行配对，利用基准对齐命令实现后过渡段侧与发动机侧的虚拟连接，如图7所示。

3、建立导管模型

以虚拟连接的部件组点云模型中阀体1为边界，使用专用软件选取阀体端面和周向数据，建立端面平面1和中心线1，再利用面线相交创建点命令建立中心点1；结合设计导管模型尺寸，将平面1平移800mm建立平面2，平面2与中心线1相交建立中心点2，同理，在部件组另一侧建立阀体2中心点3、平移平面中心点4，如图8所示。将中心点1、2、3、4连线，再经线段导圆角(导管产品弯曲半径)，圆环(导管产品外径)扫略即可得新导管模型，如图9所示。

4、导管加工及试装

将新导管模型导入数控弯管机进行加工，采用扫描设备对弯曲件进行扫描，利用专用软件比对弯曲件点云模型与新导管模型，当偏差在±1mm范围认为弯管合格。待发动机与后过渡段实物连接后，将比对合格的导管上箭试装，如图10所示。

本发明将检测专业大部件测量设置共同参考坐标方法，创新应用为利用扫描设备和专用软件，在计算机中将运载火箭的两个待连接的大部件点云模型进行虚拟对接，并以此为基础建立新导管模型用于后续加工，实现了运载火箭取样导管预先制造。该方法在国内外尚属首次。

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 (5)

1.一种运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用扫描设备进行实物扫描，创建部件点云模型，所述部件点云模型包括后过渡段侧点云模型和发动机侧点云模型；

S2、再利用软件将两段点云模型进行虚拟连接，以连接的部件组点云模型为基础建立导管模型；

S3、将导管模型导入弯管机加工；

所述步骤S2的具体执行方法如下：

S201、将步骤S1中扫描获取的后过渡段侧点云模型和发动机侧点云模型导入软件中；

S202、使用软件在后过渡段侧点云模型中选取与发动机侧连接相关基准平面上的任意3个点，利用多点创建平面命令建立基准平面；

S203、使用软件在后过渡段侧点云模型中选取与发动机侧连接相关基准孔上的边界，并投影至平面上，利用轮廓创建圆命令建立基准孔；

S204、使用软件选取3个基准孔，利用三点建立圆命令建立大圆心，即建立基准圆心；

S205、依据步骤S202-S204，建立发动机侧点云模型的基准平面、基准孔和基准圆心；

S206、火箭的后过渡段和发动机均为同外径的圆柱形部件，在其对接面有共用的平面和特定方向的基准孔，在软件中选择后过渡段侧和发动机侧的基准平面、基准孔和基准圆心分别进行配对，利用基准对齐命令实现后过渡段侧与发动机侧的虚拟连接。

2.根据权利要求1所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体执行方法如下：

对扫描设备选择强曝光模式，分别对发动机和后过渡段中与导管安装相关的阀体、发动机与后过渡段连接相关的基准平面和定位孔进行扫描；

其中对后过渡段侧与导管安装相关边界扫描形成后过渡段侧点云模型，对发动机侧与导管安装相关边界扫描形成发动机侧点云模型。

3.根据权利要求1或2所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，其特征在于：所述扫描设备包括但不限于激光扫描设备；

扫描设备到被测物间的距离为1-3.5m。

4.根据权利要求2所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，其特征在于：所述步骤S2中，创建导管模型的具体方法如下：

以虚拟连接的部件组点云模型中阀体1为边界，使用软件选取阀体1的端面和周向数据，建立端面平面1和中心线1，再利用面线相交创建点命令建立中心点1；结合设计导管模型尺寸，将平面1平移800mm建立平面2，平面2与中心线1相交建立中心点2，同理，在部件组另一侧建立阀体2的中心点3、平移平面建立中心点4，将中心点1、2、3、4连线，再经线段导圆角即导管产品弯曲半径，圆环即导管产品外径扫略即可得新导管模型。

5.根据权利要求4所述的运载火箭跨部件取样导管预制制造方法，其特征在于：通过弯管机加工后，还包括校验过程，具体如下：

采用扫描设备对加工好的取样导管进行扫描，创建点云模型，利用软件比对该点云模型与新导管模型，当偏差值在设定范围内，则认为弯管合格，否则，不合格。

Images