CN113405454B - 适用于舱段类产品姿态测量的装置、方法及软件系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于舱段类产品姿态测量的装置、方法及软件系统，包括：测量头架和测量尾架；所述测量头架和所述测量尾架分别位于被测产品的首尾两端，测量所述被测产品的轴线姿态；其中，所述测量头架通过测量仪检测得到所述被测产品的头部轮廓曲线，所述测量尾架过测量仪检测得到所述被测产品的尾部轮廓曲线；将所述头部轮廓曲线和所述尾部轮廓曲线分别拟合成圆，得到对应的圆心，并将多个所述圆心拟合为所述被测产品的轴线。单次测量即可轴线姿态和产品角向位置，指导调姿平台工作。以经过精加工的前后端拟合得到的多组圆获得整个轴的姿态，更接近实际产品本身，避免了少数几个点来定轴线出现较大误差的情况。

Description

适用于舱段类产品姿态测量的装置、方法及软件系统

技术领域

本发明涉及测量领域，具体地，涉及一种适用于舱段类产品姿态测量的装置、方法及软件系统。

背景技术

舱段类产品的多段对接和分离是总装过程的重要环节，由于每段产品人工捆抱式实施对接操作困难且安装一次性难以保证，需要反复调整等无法满足高精度和高自动化对要求。舱段类产品要实施自动化对接，整个过程大体包括四个步骤：多段上料--快速测量各段姿态--高精调姿--对接，自动化对接的前提是要对每个舱段的放置位置进行精确快速测量。

专利文献CN111571171 A的测量单元采用了一个激光轮廓仪测量舱段轮廓信息，获取的是整个舱段的外轮廓，精度较低。专利文献CN108917723 B在舱段上做了人工标记点和关键测量点，通过双目光学相机测量，而舱段类零件如导弹等大部分不支持外表做标记，且标记做在外表非高精加工面上，精度较低。专利文献CN111046549A和专利文献CN108274231B采用的是激光位移传感器组合的形式对舱体扫描从而解析舱段圆柱轴线，为整段扫描生成圆柱体的点云效率低，且测的是精度较低的舱段外轮廓。

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适用于舱段类产品姿态测量的装置、方法及软件系统。

根据本发明提供的一种适用于舱段类产品姿态测量的装置，包括：测量头架5和测量尾架6；

所述测量头架5和所述测量尾架6分别位于被测产品的首尾两端，测量所述被测产品的轴线姿态；

其中，所述测量头架5通过测量仪检测得到所述被测产品的头部轮廓曲线，所述测量尾架6过测量仪检测得到所述被测产品的尾部轮廓曲线；

将所述头部轮廓曲线和所述尾部轮廓曲线分别拟合成圆，得到对应的圆心，并将多个所述圆心拟合为所述被测产品的轴线。

优选地，还包括：调姿平台4和装配平台3；

所述被测产品安装在所述调姿平台4上，所述调姿平台4、所述测量头架5和所述测量尾架6驱动连接在所述装配平台3上。

优选地，所述装配平台3包括第一水平滑轨和第二水平滑轨，所述调姿平台4驱动连接在所述第一水平滑轨上，所述测量头架5和所述测量尾架6驱动连接在所述第二水平滑轨。

优选地，所述调姿平台4包括固定部和活动部，所述固定部驱动连接在所述装配平台3上，所述活动部和所述固定部之间通过竖直滑轨连接，所述被测产品放置于所述活动部；

所述测量头架5包括第二固定部和第二活动部，所述第二固定部驱动连接在所述装配平台3上，所述第二活动部和所述第二固定部之间通过第二竖直滑轨连接，所述第二活动部用于安装所述测量仪；

所述测量尾架6包括第三固定部和第三活动部，所述第三固定部驱动连接在所述装配平台3上，所述第三活动部和所述第三固定部之间通过第三竖直滑轨连接，所述第三活动部用于安装所述测量仪。

优选地，所述测量头架5包括用于安装所述测量仪的第一安装面，所述测量尾架6具有用于安装所述测量仪的第二安装面，所述第一安装面和所述第二安装面垂直于所述第一水平滑轨。

优选地，所述测量仪在所述第一安装面或所述第二安装面上的位置不在同一圆周上。

优选地，还包括：智能相机8，所述智能相机设置于所述测量头架5，通过测量所述被测产品的定位豁口以确定角向。

优选地，所述测量仪包括激光测量仪，所述激光测量仪的线激光束垂直于所述第一水平滑轨。

根据本发明提供的一种适用于舱段类产品姿态测量的方法，采用所述装置，检测得到所述被测产品的头部轮廓曲线和尾部轮廓曲线，将所述头部轮廓曲线和所述尾部轮廓曲线分别拟合成圆，得到对应的圆心，并将多个所述圆心拟合为所述被测产品的轴线。

根据本发明提供的一种适用于舱段类产品姿态测量的软件系统，所述软件系统被执行时实现所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

采用非接触式线激光测量，可根据产品长度尺寸需要，调整测量跨距和测量位置，单次测量即可轴线姿态和产品角向位置，指导调姿平台工作，提高了测量精度和测量效率，为舱段类产品高精度调姿与对接提供测量基础。

以经过精加工的前后端拟合得到的多组圆获得整个轴的姿态，更接近实际产品本身，避免了少数几个点来定轴线出现较大误差的情况。

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为本发明的整体结构示意图；

图2为测量头架和测量尾架的示意图；

图3为测量头架或测量尾架工作状态示意图；

图4为本发明的工作原理图。

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。

如图1所示，本发明提供的一种适用于舱段类产品姿态测量的装置，主要包括：测量头架5和测量尾架6，测量头架5和测量尾架6分别位于被测产品2的首尾两端，测量被测产品2的轴线姿态。具体的，如图4所示，测量头架5通过测量仪9检测得到被测产品的头部轮廓曲线，测量尾架6过测量仪检测得到被测产品的尾部轮廓曲线，检测仪可采用激光检测仪，本年反对此不作限制，如图3所示，激光测量仪的线激光束垂直于被测产品的圆周线。将头部轮廓曲线和尾部轮廓曲线分别拟合成圆，得到对应的圆心，并将多个圆心拟合即可得到被测产品的轴线。测量仪在第一安装面或第二安装面上的位置不在同一圆周上，从而可以得到多个轮廓曲线。

每个测量仪获取的是一段曲线，曲线由几千个测量点构成，由于每3点拟合成一个圆，头架/尾架的3段曲线根据所在空间位置拟合成多个圆(激光光线束宽度有限，只能测量一小段曲线)。头架和尾架拟合多组圆的圆心相组合，最终拟合出整个舱段类产品的轴线姿态。

这样处理的原因：

1)舱段类产品外圆柱面是非高精加工面，通过点云扫描外轮廓精度的方式精度低，且点云数量多整个过程周期长，效率低；通过在测量产品工装的形式不可取，工装夹持的是外轮廓。

激光测量仪的激光线束经过应物体的表面，根据各点反射光斑位置的不同，结合数千个点测量结果呈现物体形状轮廓；激光测量仪针对圆柱类物体常用的方法就是，根据圆柱直径大小选择激光测量宽度，光线束与物体轴线方向大致垂直布置，并沿着轴线匀速移动，直至整段全部扫描完。

上述方法可以获取圆柱表面上半部分实际轮廓，但存在3个问题，一是由于每移动一次就测量一段轮廓，整段轮廓测完，形成的是3D点云，系统计算和处理时间较长；二是通过外表形状轮廓拟合轴线的处理方式，需要外表面具有较高的加工精度；三是这种方法在选择激光测量仪时是根据圆柱直径大小，当物体直径较大时难以覆盖，或需要选择较贵的激光测量仪。

2)舱段类产品两端为安装连接面，为精加工，可用于测量，现在有用三坐标式接触式测量三个点定两头圆心然后确定轴线的，三坐标本身移动再测量效率低且容易出错，仅评一个面上几个点定圆心容易出错。

舱段产品的特点是舱体两端对接止口处有尺寸精度、同轴度和圆度要求，而外表圆筒只需要外形尺寸正确，没有母线精度要求，因此以外圆柱轮廓测量的方法精度不高。本方案中采用两头激光测量仪布置形式，直接测量对接止口处，切单次测量就生成结果，不需要测量过程中仪器位置移动，减少累积误差。

3)本方案中首先用的是非接触式测量，测的是精加工面，此外，线激光测量，每个测量仪只测量一组轮廓曲线，速度快；最后我们是以精加工的前后端的拟合的多组圆获得整个轴的姿态，更接近实际产品本身，避免了少数几个点来定轴线出现较大误差的情况。

为了实现产品的安装和移动，本发明还包括：调姿平台4和装配平台3。被测产品安装在调姿平台4上，调姿平台4、测量头架5和测量尾架6驱动连接在装配平台3上。装配平台3包括第一水平滑轨和第二水平滑轨，调姿平台4驱动连接在第一水平滑轨上可水平移动，测量头架5和测量尾架6驱动连接在第二水平滑轨可水平移动。

调姿平台4用于调整被测产品2的姿态，调姿平台4包括固定部和活动部，固定部驱动连接在装配平台3上，活动部和固定部之间通过竖直滑轨连接，被测产品放置于活动部。在本实施例中，固定部和活动部的数量都为两个，一个固定部通过竖直滑轨连接在一个活动部上，被测产品2的两端分别放置在两个活动部上，实现水平和实现整体水平、整体竖直以及单端竖直移动。

如图2所示，测量头架5包括第二固定部53和第二活动部52，第二固定部驱动连接在装配平台3上，第二活动部和第二固定部之间通过第二竖直滑轨51连接，第二活动部用于安装测量仪；测量尾架6包括第三固定部63和第三活动部62，第三固定部驱动连接在装配平台3上，第三活动部和第三固定部之间通过第三竖直滑轨61连接，第三活动部用于安装测量仪。测量头架5包括用于安装测量仪的第一安装面，测量尾架6具有用于安装测量仪的第二安装面，第一安装面和第二安装面垂直于被测产品的轴线。

在本实施例中，测量头架5和测量尾架6上分别安装了3个互成120°线激光测量仪，测量头架5还包含一个智能相机8，用于测量舱段类产品的定位豁口以确定角向。

本发明的测量轴线姿态的实现方法如下：

1)、3个激光测量仪的安装面与第一水平滑轨垂直，且激光测量仪的线激光束垂直于第一水平滑轨。

2)、激光测量仪测量下获得舱段截面所在附近的实际轮廓形状，该形状表现为多个测量点构成的曲线，产品的倒角、凹凸等情况均可测量。

3)、测量头架5/测量尾架6通过3个激光测量仪分别测量的3个曲线根据其所在空间位置拟合成多个圆，并将测量头架5和测量尾架6拟合的这些圆的圆心为基础，最终拟合成整个舱段的轴线。

测量头架5和测量尾架6同时水平移动时为调整测量点的位置，当不同时移动时则为根据待测量产品的尺寸调整跨距，测量头架5和测量尾架6需要调整位置时，沿着竖直导轨上升，以脱离舱段类产品的位置，从而实现水平移动。激光测量仪测量时，对预先注册的基准图像进行瞬时比对可就计算出产品的错位与倾斜，对光路被挡情况进行自动修正，不影响测量结果。为了保证激光测量仪在小幅度舱段歪斜能完整测出轴线，首先舱段放置于调姿台上，以调姿平台所在滑轨位基准，用千分表或者激光干涉仪测量舱段两端对接止口轴线，并通过调姿平台调整到预设的精度范围内，作为基准舱段，再通用测量头架和测量尾架下移去测量基准舱段的轴线，以此测量结果作为注册的基准图像。

本发明提供的一种适用于舱段类产品姿态测量的软件系统，软件系统被执行时实现的方法。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，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申请的限制。

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 (6)

1.一种适用于舱段类产品姿态测量的装置，其特征在于，包括：测量头架（5）和测量尾架（6）；

所述测量头架（5）和所述测量尾架（6）分别位于被测产品的首尾两端，测量所述被测产品的轴线姿态；

其中，所述测量头架（5）通过测量仪检测得到所述被测产品头部安装连接面的轮廓曲线，所述测量尾架（6）通过测量仪检测得到所述被测产品尾部安装连接面的轮廓曲线；

将所述头部安装连接面的轮廓曲线和所述尾部安装连接面的轮廓曲线分别拟合成圆，得到对应的圆心，并将多个所述圆心拟合为所述被测产品的轴线；

还包括：调姿平台（4）和装配平台（3）；

所述被测产品安装在所述调姿平台（4）上，所述调姿平台（4）、所述测量头架（5）和所述测量尾架（6）驱动连接在所述装配平台（3）上；

所述装配平台（3）包括第一水平滑轨和第二水平滑轨，所述调姿平台（4）驱动连接在所述第一水平滑轨上，所述测量头架（5）和所述测量尾架（6）驱动连接在所述第二水平滑轨；

所述测量头架（5）包括用于安装所述测量仪的第一安装面，所述测量尾架（6）具有用于安装所述测量仪的第二安装面，所述第一安装面和所述第二安装面垂直于所述第一水平滑轨；

所述测量仪在所述第一安装面或所述第二安装面上的位置不在同一圆周上；

为了保证激光测量仪在舱段歪斜能完整测出轴线，首先舱段放置于调姿平台上，以调姿平台所在滑轨位基准，用千分表或者激光干涉仪测量舱段两端对接止口轴线，并通过调姿平台调整到预设的精度范围内，作为基准舱段，再通过测量头架和测量尾架下移去测量基准舱段的轴线，以此测量结果作为注册的基准图像。

2.根据权利要求1所述的适用于舱段类产品姿态测量的装置，其特征在于，所述调姿平台（4）包括固定部和活动部，所述固定部驱动连接在所述装配平台（3）上，所述活动部和所述固定部之间通过竖直滑轨连接，所述被测产品放置于所述活动部；

所述测量头架（5）包括第二固定部和第二活动部，所述第二固定部驱动连接在所述装配平台（3）上，所述第二活动部和所述第二固定部之间通过第二竖直滑轨连接，所述第二活动部用于安装所述测量仪；

所述测量尾架（6）包括第三固定部和第三活动部，所述第三固定部驱动连接在所述装配平台（3）上，所述第三活动部和所述第三固定部之间通过第三竖直滑轨连接，所述第三活动部用于安装所述测量仪。

3.根据权利要求1所述的适用于舱段类产品姿态测量的装置，其特征在于，还包括：智能相机（8），所述智能相机设置于所述测量头架（5），通过测量所述被测产品的定位豁口以确定角向。

4.根据权利要求1所述的适用于舱段类产品姿态测量的装置，其特征在于，所述测量仪包括激光测量仪，所述激光测量仪的线激光束垂直于所述第一水平滑轨。

5.一种适用于舱段类产品姿态测量的方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述装置，检测得到所述被测产品头部安装连接面的轮廓曲线和尾部安装连接面的轮廓曲线，将所述头部安装连接面的轮廓曲线和所述尾部安装连接面的轮廓曲线分别拟合成圆，得到对应的圆心，并将多个所述圆心拟合为所述被测产品的轴线；

为了保证激光测量仪在舱段歪斜能完整测出轴线，首先舱段放置于调姿平台上，以调姿平台所在滑轨位基准，用千分表或者激光干涉仪测量舱段两端对接止口轴线，并通过调姿平台调整到预设的精度范围内，作为基准舱段，再通过测量头架和测量尾架下移去测量基准舱段的轴线，以此测量结果作为注册的基准图像。

6.一种适用于舱段类产品姿态测量的软件系统，其特征在于，所述软件系统被执行时实现权利要求5所述的方法。

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