CN112395708A - 一种基于精确测量的管路数字化重构方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于精确测量的管路数字化重构方法，特别涉及一种基于对接口、边界进行精确测量，实现管路数字化重构的设计方法。本发明的方法适用于不同规格的管路产品，对于复杂、多样的管路生产边界具有很强的适应能力。相较于传统手工铝丝取样方法，管路数字化重构设计方法可以有效提高产品精度，缩短产品生产周期，对操作人员经验要求相对较低。同时，利用管路数字化重构设计方法生产的管路产品合格率高，降低了管路因取样偏差过大导致报废的几率，有利于降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于精确测量的管路数字化重构方法，特别涉及一种基于对接口、边界进行精确测量，实现管路数字化重构的设计方法。
背景技术
当前，管路产品制造分为预制导管和取样导管两部分。预制导管是通过理论三维模型在全箭总装前预先制造的管路产品，是一种与总装并行的制造模式，生产效率较高；取样导管是由于管路产品制造误差累计、管路系统与外系统接口偏差、管路补偿能力有限等原因，利用理论三维模型数据进行生产很可能无法实现总装，需在全箭总装过程中以箭体实际边界参数作为依据进行生产制造的管路产品，是一种与总装串行的制造模式。
取样导管是一种操作人员现场手工弯制铝丝模拟管路走向，以铝丝为样板进行导管弯制，现场试装，锉修，再试装导管的传统比样制造方法。这种生产模式对操作人员自身技术水平和经验具有很高要求，且取样过程繁琐，制造精度低，产品合格率无法保证。目前，在生产任务激增的现实情况下，取样导管生产已经成为制约全箭总装进度的一个关键因素。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于精确测量的管路数字化重构方法，该方法为一种应用于管路系统中的精确、高效的数字化设计方法，能够提高产品总装成功率。
本发明的技术解决方案是：
一种基于精确测量的管路数字化重构方法，该方法步骤包括：
第一步，采用激光扫描设备对管路安装涉及的法兰、卡箍和外系统接口界面等实物进行三维扫描，获取实物的点云模型；
第二步，将第一步中获得的实物的点云模型导入至三维设计软件geomagicdesign X中，并根据管路数字化取样关键控制要素(如折弯信息、焊缝位置、与其他边界间隙等)，得到管路重构模型；对于单部段管路(即不需要模拟装配即可明确管路所有约束边界的管路)直接以单部段的点云模型进行管路重构模型创建；对于跨部段管路，需在三维设计软件中将涉及到的部段的点云模型进行模拟装配，再以装配好的模型为边界，进行管路重构模型创建；
第三步，在三维设计软件中将第二步得到的管路重构模型按照三维图纸进行调整，得到管路精确重构模型，按照三维图纸进行调整是指：
使管路重构模型中管路走向与三维图纸中的管路走向一致；
使管路重构模型中补偿器位置与三维图纸中的补偿器位置一致；
使管路重构模型中安装结构与三维图纸中的安装结构一致；
使管路重构模型中焊缝位置与三维图纸中的焊缝位置一致，
使管路重构模型中管路总装间隙与三维图纸中的管路总装间隙一致；
使管路重构模型中补偿器预压缩量与三维图纸中的补偿器预压缩量一致；
使管路重构模型中绑扎固定位置与三维图纸中的绑扎固定位置一致；
第四步，将第三步得到的管路精确重构模型的折弯信息导入数控弯管机，并输入弯曲回弹率等修正补偿参数以实现数字化高精度弯管，并配合管端自动切割机实现管端预留工艺余量的精确切除，得到精确测量后的一通管；弯曲回弹率为一经验值；
第五步，在第四步得到的通管上焊接三通、多通、补偿器、法兰等零件，完成精确测量管路的生产。
最后将生产的管路产品进行上箭试装。
有益效果
本发明涉及一种基于精确测量的管路数字化重构方法，特别涉及一种基于对接口、边界进行精确测量，实现管路数字化重构的设计方法。本发明的方法适用于不同规格的管路产品，对于复杂、多样的管路生产边界具有很强的适应能力。相较于传统手工铝丝取样方法，管路数字化重构设计方法可以有效提高产品精度，缩短产品生产周期，对操作人员经验要求相对较低。同时，利用管路数字化重构设计方法生产的管路产品合格率高，降低了管路因取样偏差过大导致报废的几率，有利于降低生产成本。
附图说明
图1为实施例中获得的实物点云模型图，其中，位置1为阀门出口边界；位置2为管路出口位置；位置3、4为卡箍位置；位置5为贮箱箱底约束；
图2为创建的排气管管路走向示意图；
图3为管路重构模型创建示意图；
图4为布置后的管路示意图，其中，a、g为法兰，b、f为补偿器，c为管接头，d为三通法兰，e为多通接管嘴；
图5为整根导管零件进行管路弯制示意图；
图6为分段管路零件示意图；
图7为生产完成的排气管在箭上进行试装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种基于精确测量的管路数字化重构方法，该方法步骤包括：
(1)边界扫描：
采用激光扫描设备对管路安装涉及的法兰、卡箍和外系统接口界面等约束进行三维扫描，获取实物的点云模型；
(2)管路数字化重构：
将步骤一中获得的点云模型导入至三维设计软件geomagic design X中，结合设计文件中明确的管路数字化取样关键控制要素(如折弯信息、焊缝位置、与其他边界间隙等)，创建管路生产模型。
对于单部段管路(即不需要模拟装配即可明确管路所有约束边界的管路)直接以单部段的点云模型进行管路生产模型创建；对于跨部段管路，需在三维设计软件中将涉及到的部段的点云信息进行模拟装配，再以装配好的模装模型为边界，进行管路生产模型创建。
(3)数字化重构管路生产模型确认：
在三维设计软件中将步骤二中重构得到的管路生产模型与原始设计模型进行比对分析，保证管路走向、补偿器位置、安装结构、关键部位的焊接等满足设计文件中明确的管路总装间隙、工作补偿及力学环境适应性等要求。
各发次数字化取样过程中形成的管路制造模型留存形成数据库，以供后续进行包络分析，并与设计模型进行对比分析。
(4)管路产品数字化精确制造：
将经确认无误后的管路生产模型的折弯信息导入数控弯管机，输入弯曲回弹率等修正补偿以实现数字化高精度弯管，并配合管端自动切割机实现管端预留工艺余量的精确切除。将步骤一获得的管路边界的坐标数据导入由多个机器人构成柔性工装系统，实现导管边界的“实物复现”。生产完成的管路可以在柔性工装上提前试装验证；也可视总装进度在总装现场试装验证。管路试装无误后，采用由集成系统、机器人、变位机和焊接系统组成的焊接机器人进行导管零件焊接。焊接机器人可通过“机器人不动、变位机动”、“机器人动、变位机动”、“机器人和变位机联动”等方式对异形管进行自动焊接，提高焊缝质量和一致性。
(5)管路焊接后参数精确测量：借助多目光学管型自动测量机对管路的折弯信息进行快速、高精度测量，将扫描得到的折弯信息与步骤二中的管路重构模型的折弯信息进行比对，检查弯曲件制造偏差；在管路试装过程中依靠三维数字化形变系统实现管路补偿器变形量的精确测量，包括轴向、径向和角度变形等，将实测数据反馈设计，并将各发次管路补偿器变形量数据留存形成数据库以供包络分析。若管路产品经精确测量后各结构参数确认满足设计要求，将管路产品上箭试装，试装合格后完成管路数字化重构设计。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例
一种基于精确测量的管路数字化重构方法，该方法步骤包括：
第一步，采用激光扫描设备对管路安装涉及的法兰、卡箍和外系统接口界面等实物进行三维扫描，获取实物的点云模型。
以某型号液氧排气管为例，对该管路的约束边界进行激光扫描时，须扫描的约束边界包括管路进口(即阀门出口边界)、箭壁排气出口、卡箍位置以及贮箱箱底曲面。获得的实物点云模型如图1所示；。
第二步，将第一步中获得的实物的点云模型导入至三维设计软件geomagicdesign X中，并根据管路数字化取样关键控制要素(如折弯信息、焊缝位置、与其他边界间隙等)，得到管路重构模型；对于单部段管路(即不需要模拟装配即可明确管路所有约束边界的管路)直接以单部段的点云模型进行管路重构模型创建；对于跨部段管路，需在三维设计软件中将涉及到的部段的点云模型进行模拟装配，再以装配好的模型为边界，进行管路重构模型创建；
继续以该型号液氧排气管为例，在第一步中获得的实物点云模型基础上，首先进行管路大致走向的绘制。三维设计软件geomagic design X操作界面以及创建的排气管管路走向如图2所示。
建立好管路走向后，在geomagic design X软件中按照三维图纸要求输入管路的内径、壁厚和折弯半径，完成管路重构模型的创建，如图3所示。
第三步，在三维设计软件中将第二步得到的管路重构模型按照三维图纸进行调整，得到管路精确重构模型，按照三维图纸进行调整是指：
使管路重构模型中管路走向与三维图纸中的管路走向一致；
使管路重构模型中补偿器位置与三维图纸中的补偿器位置一致；
使管路重构模型中安装结构与三维图纸中的安装结构一致；
使管路重构模型中焊缝位置与三维图纸中的焊缝位置一致，
使管路重构模型中管路总装间隙与三维图纸中的管路总装间隙一致；
使管路重构模型中补偿器预压缩量与三维图纸中的补偿器预压缩量一致；
使管路重构模型中绑扎固定位置与三维图纸中的绑扎固定位置一致；
对于实施例中的氧排气管而言，完整的管路还包括法兰、补偿器、管接头以及多通零件。根据三维图纸要求在第二步获得的管路重构模型上布置所需的零组件，完成布置后的管路如图4所示。各零组件完成布置后，管路上的所有焊缝位置也随即确定。
第四步，将第三步得到的管路精确重构模型的折弯信息导入数控弯管机，并输入弯曲回弹率等修正补偿参数以实现数字化高精度弯管，并配合管端自动切割机实现管端预留工艺余量的精确切除，得到精确测量后的一通管；弯曲回弹率为一经验值；
将管路精确重构模型的折弯信息导入数控弯管机后，数控弯管机会按照如图5所示的整根导管零件进行管路弯制。
在数控弯管机弯管的同时，管端自动切割机会根据第四步确定的管路上焊缝位置，对整根导管零件进行精确切割，得到分段管路零件，如图6所示。
第五步，在第四步得到的通管上焊接三通、多通、补偿器、法兰等零件，完成精确测量管路的生产。
最后将生产的管路产品进行上箭试装。
将生产完成的排气管在箭上进行试装，如图7所示，管路全部约束边界满足设计要求，完成管路数字化重构生产的全部流程。
Claims (10)
1.一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于该方法步骤包括：
第一步，采用激光扫描设备对管路安装涉及实物进行三维扫描，获取实物的点云模型；
第二步，将第一步中获得的实物的点云模型导入至三维设计软件中，并根据管路数字化取样关键控制要素，得到管路重构模型；
第三步，在三维设计软件中将第二步得到的管路重构模型按照三维图纸进行调整，得到管路精确重构模型；
第四步，将第三步得到的管路精确重构模型的折弯信息导入数控弯管机，并输入修正补偿参数实现数字化高精度弯管，并配合管端自动切割机实现管端预留工艺余量的精确切除，得到精确测量后的通管；
第五步，在第四步得到的通管上焊接零件，完成精确测量管路的生产。
2.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第一步中，管路安装涉及的实物为法兰、卡箍或外系统接口。
3.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第二步中，管路数字化取样关键控制要素为折弯信息、焊缝位置、与其他边界间隙。
4.根据权利要求3所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第二步中，对于单部段管路直接以单部段的点云模型进行管路重构模型创建。
5.根据权利要求3所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第二步中，对于跨部段管路，在三维设计软件中将涉及到的部段的点云模型进行模拟装配，再以装配好的模型为边界，进行管路重构模型创建。
6.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第三步中，按照三维图纸进行调整是指：
使管路重构模型中管路走向与三维图纸中的管路走向一致；
使管路重构模型中补偿器位置与三维图纸中的补偿器位置一致；
使管路重构模型中安装结构与三维图纸中的安装结构一致；
使管路重构模型中焊缝位置与三维图纸中的焊缝位置一致，
使管路重构模型中管路总装间隙与三维图纸中的管路总装间隙一致；
使管路重构模型中补偿器预压缩量与三维图纸中的补偿器预压缩量一致；
使管路重构模型中绑扎固定位置与三维图纸中的绑扎固定位置一致。
7.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第四步中，输入的修正补偿参数为弯曲回弹率。
8.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：弯曲回弹率为一经验值。
9.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：第五步中，零件为三通、多通、补偿器或法兰。
10.根据权利要求1所述的一种基于精确测量的管路数字化重构方法，其特征在于：将生产的管路产品进行上箭试装。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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