CN115289916A - 模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，包括基座、支板、滑台、自适应组件和支架，基座固定安装至固定位置，基座上端安装支板，支板一侧设置导轨，滑台的一侧设置滑块，滑块的外围滑动连接至导轨外围，滑台的另一侧安装自适应组件，自适应组件的一侧安装支架，自适应组件能够带动支架偏转，且支架用于托举被实施零件。本发明所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，支架通过螺栓连接实施物，可以实现相对实施物拥有上下、左右、偏转、扭转等6个可调自由度，各自由度通过螺杆调节简单便捷，可实现工装支架三维转动，能够更精准的还原箭上真实的安装环境。

Description

模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装

技术领域

本发明属于运载火箭制作领域，尤其是涉及一种模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装。

背景技术

我国新一代运载火箭承担着空间站建设、探月、探火等一系列国家重大科技工程，未来将面临高效率、高密度的发射需求。运载火箭的总装过程是将贮箱、壳段、发动机、管路、仪器、电缆等所有相关产品按照功能要求和位置关系进行组合装配。

管路作为运载火箭的重要组成部分，承担着推进剂输送、贮箱增压、加注、排气、测压、供配气等多项功能，与贮箱、壳段、发动机等多个部段均存在接口关系，数量庞大、边界复杂。贮箱、壳段、发动机等部段在制造过程中存在着偏差和累计误差，在总装阶段需要通过部分管路现场取样生产补偿部段接口偏差，以满足管路的安装要求，即在火箭总装过程中根据总装的进程和管路安装边界的实际情况进行取样生产对理论尺寸进行修正，该项工作与总装串行。

综上所述，现阶段中直径取样管路(外径24mm-100mm)需在总装现场取样生产。由于管路跨度大，边界多，往往需要总装车间将2-3个舱段对接后才具备生产时机，多个舱段正式对接意味着总装进度已接近尾声，而一些较为重要的中直径管路生产周期为取样后21天，往往会出现管路交付制约总装进度的局面，严重影响总装周期，故需要管路制造与总装进度进行串行，减少管路对总装的占用周期，而管路在箭体上有多种工况和形状，故需要一个工装，对管路进行取样环境模拟。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，以解决箭体管路取样环境多样，扫描取样不便的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，包括基座、支板、滑台、自适应组件和支架，基座固定安装至固定位置，基座上端安装支板，支板一侧设置导轨，滑台的一侧设置滑块，滑块的外围滑动连接至导轨外围，滑台的另一侧安装自适应组件，自适应组件的一侧安装支架，自适应组件能够带动支架偏转，且支架用于托举被实施零件。

进一步的，所述支板的一侧安装两个第一挡板，两个第一挡板分别位于滑轨的两端，第一挡板用于防止滑块脱轨，每个第一挡板的一侧安装一个第一板体，两个第一板体相互平行设置，滑台位于两个第一板体之间，每个第一板体上设有一个第一螺纹孔，一个第一定位栓外围螺纹连接至一个第一螺纹孔内，第一定位栓的一端抵接至滑台的一侧用于定位滑台与支板的相对位置。

进一步的，所述基座下端设有第一弧形长孔，支板的横截面是L形结构，支板的一侧设有第一栓孔，第一调节栓的下端卡接至基座下端，第一调节栓的另一端穿过第一弧形长孔后固定连接至支第一栓孔内，且第一调节栓外围能够在第一弧形长孔内滑动。

进一步的，所述自适应组件包括第二板体，支架的一侧安装至第二板体的一侧，滑台位于第二板体的另一侧，第二板体上分别设有第二栓孔和第二弧形长孔，第二调节栓的一端固定连接至滑台的一侧，第二调节栓的另一端转动套接至第二栓孔内，且滑台上固定安装第三调节栓，第三调节栓外围能够在第二弧形长孔内滑动，第二调节栓和第三调节栓相互平行设置。

进一步的，所述滑台的一侧固定安装两个第二挡板，两个第二挡板分别位于第二板体的两端，每个第二挡板上设有一个第二螺纹孔，一个第二定位栓外围螺纹连接至一个第二螺纹孔内，第二定位栓的一端抵接至第二板体的一端同于定位滑台与第二板体的相对位置。

进一步的，所述自适应组件还包括第三板体，第二板体位于第三板体和滑台之间，第二板体上固定安装安装第三定位栓和第四调节栓，且第三定位栓和第四调节栓相互平行设置，第三定位栓的一端转动套接至第三板体上，第三板体上设有第三弧形长孔，第四调节栓的外围能够沿第三弧形长孔滑动，且第四调节栓的一端安装至支架上。

进一步的，所述第二板体上还安装第五调节栓，第五调节栓与第三定位栓相互平行设置，第三板体上设有第四弧形长孔，第五调节栓外围能够沿第四弧形长孔滑动，且第五调节栓的一端安装至支架上。

进一步的，所述第四调节栓的外围沿第三弧形长孔滑动的轨迹与第五调节栓外围沿第四弧形长孔滑动的轨迹相互垂直。

进一步的，所述第三调节栓外围在第二弧形长孔内滑动的轨迹与第五调节栓外围沿第四弧形长孔滑动的轨迹相互垂直，第三调节栓外围在第二弧形长孔内滑动的轨迹与第四调节栓的外围沿第三弧形长孔滑动的轨迹对向设置。

进一步的，所述第四调节栓的第一端和第五调节栓的第一端均为球形结构，支架的一侧设有若干球形盲槽，第四调节栓的第一端和第五调节栓的第一端分别间隙配合至一个球形盲槽内。

相对于现有技术，本发明所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装具有以下有益效果：支架通过螺栓连接实施物，可以实现相对实施物拥有上下、左右、偏转、扭转等6个可调自由度，各自由度通过螺杆调节简单便捷，可实现工装支架三维转动，能够更精准的还原箭上真实的安装环境；保障管路安装的模拟边界实施，复现管路的取样边界，缓解管路生产压力，将管路的制造时机前移，管路的制造模式由与总装串行变为并行生产，减少了对总装周期的占用，管路单方面而言可节省7-21天总装占用周期，解决管路交付制约总装进度的局面。

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模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装的正视结构示意图；

图3为本发明实施例所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例所述的滑台和自适应组件装配的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的滑台和自适应组件装配的正视结构示意图；

图6为本发明实施例所述的第二板体和第三板体装配的结构示意图；

图7为本发明实施例所述的第二板体和第三板体装配的正视结构示意图；

图8为本发明实施例所述的滑台和自适应组件配合后的爆炸结构示意图；

附图标记说明：

1-基座；2-支板；21-第一板体；22-第一定位栓；23-第一调节栓；3-滑台；31-第二挡板；32-第二定位栓；4-自适应组件；41-第二板体；42-第二调节栓；43-第三调节栓；44-第三板体；45-第三定位栓；46-第四调节栓；47-第五调节栓；5-支架。

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。

为了解决运载火箭在生产过程中，由于管路跨度大，边界多，往往需要总装车间将2-3个舱段对接后才具备生产时机，多个舱段正式对接意味着总装进度已接近尾声，而一些较为重要的中直径管路生产周期为取样后21天，往往会出现管路交付制约总装进度的局面，严重影响总装周期，故本申请内记录管路制造与总装进度进行串行的一种方法，以减少管路对总装的占用周期，该方法是以激光扫描、模拟装配、多自由度工装为基础，通过激光扫描分别获取不同部位需要的管路部件安装所需部段点云模型，相关部段的点云模型通过模拟装配形成管路完整的安装边界，以此为基准对多自由度工装进行校正，复现管路总装取样环境，将管路制造时机从总装阶段前移，管路生产模式由与总装串行变为并行生产，减少对总装周期的占用，其中激光扫描为现有技术，而模拟装配通过上位计算机实现的，以多自由度工装为依托，采用工装模拟箭上管路取样环境的全新取样模式，具体技术流程图如下：

(1)边界模拟工装设计

在实施时装配时，管路与贮箱、壳段等部段均存在连接关系，管路与贮箱、壳段通过其侧壁多自由度工装螺接紧固，接口的位置精度直接影响管路能否顺利安装。基于模拟边界的管路提前制造方法，高精度的复现贮箱、壳段等部段的管路接口是关键，通过多自由度工装，模拟贮箱及壳段侧壁支架5，多自由度工装能够实现上下、左右、前后、空间扭转等多自由度的调节，可实现360°修正，能够更为真实的还原运载火箭上安装环境。

(2)获取部段点云模型

通过手持式激光扫描仪可以扫描实物获取每个扫描点的三维坐标，借助大量的扫描点可以组成点云模型的特点，在贮箱、壳段、发动机等单个部段产品生产完成后交付总装前，通过手持式激光扫描仪分别对贮箱、舱段、发动机等部段中管路边界、舱段对接面进行扫描，借助Geomagic Control X软件获取各自的点云模型。扫描时应对部段的所有装配特征(如对接孔、对界面)进行精细扫描，以保证后续模拟装配的精度。

(3)工装箭下状态校正

多自由度工装是基于部段上管路接口的局部关键特征进行实现，对于部段的所有装配特征(如对接孔、对界面)无法全部体现。部段与部段装配属于整体对接，所有的装配特征都会体现，而部段与工装装配属于局部对接，由于局部与整体的偏差，无法体现所有的装配特征，因此需要对工装的安装状态进行校正。

部段对接面及工装安装基准均为部段端框，但端框生产安装过程存在制造误差，无法做到部段端框与轴线垂直，在总装阶段通过两部段螺接消除端框间隙可达到部段端框与轴线垂直的效果，在工装校正中可通过三维端框倾斜修正技术解决部段下端框与轴线存在夹角将造成基准失真的难题。三维端框倾斜修正技术是指在点云模型中通过部段环面、加强筋等特征值获取部段轴线，计算出端框偏角度，在点云模型中人工修正的技术。

以舱段实物点云模型为基准，以其端面对接孔为原点建立坐标系，借助三维端框修正技术获取支架5相对空间坐标。以工装端面同一对接孔为基准，借助激光跟踪仪调整工装支架5位置，通过工装上下、左右、前后等多个自由度的调节，实现局部与整体特征的统一，保证工装的安装状态与模拟边界的偏差在±0.1°和±0.1mm以内。激光跟踪仪调整完毕后按(2)中方法扫描工装获取工装点云模型，将工装模型与实物模型对比验证工装精度。

(4)点云模型的模拟装配

逆向工程(Geomagic Control X)软件能够对点云模型进行分析处理和多个点云模型的模拟装配。根据管路的安装边界，借助逆向工程软件对相关的贮箱、壳段、发动机等点云模型进行分析处理，基于共同的安装面和安装孔等安装基准，并借用三维端框修正技术对多个点云模型进行模拟装配，获取管路安装的模拟边界。考虑到端框倾斜带来的误差，模拟拼接后以部段上特征点为原点获取工装空间坐标值备用。

(5)部段与多自由度工装组合装配

贮箱、壳段、发动机等部段通常在不同的车间进行生产，生产完成后分别交付总装车间，在总装前不同的部段不具备组合装配的条件。本实施例以单个贮箱、壳段或发动机为载体，在单个部段制造完成后，通过与多自由度工装的组合，模拟出多个部段的装配状态，以多自由度工装来代替需要组合装配的部段。

(6)箭上工装复测

部段与工装组合装配后，考虑到端框倾斜带来的安装误差，为充分验证多自由度工装可靠性，保证真实有效还原箭上安装环境，需进行箭上复测。以第(4)项中空间坐标数据为集中，对部段与工装组合装配后的状态进行激光跟踪仪测距，保证工装的安装状态与模拟边界的偏差在±0.1°和±0.1mm以内，完毕后采用激光扫描仪获取点云模型，借助Geomagic Control X软件将舱段实物点云模型与工装点云模型进行对比分析，再次确认工装安装安装状态。

(7)管路提前制造

根据复现的管路安装边界，在此状态下进行管路生产制造，保证管路与贮箱、壳段、发动机等部段的距离要求、安装状态，实现管路生产时机的前移。

如图1-8所示，模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，包括基座1、支板2、滑台3、自适应组件4和支架5，基座1固定安装至固定位置，基座1上端安装支板2，支板2一侧设置导轨，滑台3的一侧设置滑块，滑块的外围滑动连接至导轨外围，滑台3的另一侧安装自适应组件4，自适应组件4的一侧安装支架5，自适应组件4能够带动支架5偏转，且支架5用于托举被实施零件，自适应组件4通过滑台3能够相对被实施物实现Z向滑动。

支板2的一侧安装两个第一挡板，两个第一挡板分别位于滑轨的两端，第一挡板用于防止滑块脱轨，每个第一挡板的一侧安装一个第一板体21，两个第一板体21相互平行设置，滑台3位于两个第一板体21之间，每个第一板体21上设有一个第一螺纹孔，一个第一定位栓22外围螺纹连接至一个第一螺纹孔内，第一定位栓22的一端抵接至滑台3的一侧用于定位滑台3与支板2的相对位置。

基座1下端设有第一弧形长孔，支板2的横截面是L形结构，支板2的一侧设有第一栓孔，第一调节栓23的下端卡接至基座1下端，第一调节栓23的另一端穿过第一弧形长孔后固定连接至支第一栓孔内，且第一调节栓23外围能够在第一弧形长孔内滑动，自适应组件4通过滑台3和支板2实现相对被实施物的X向滑动。

自适应组件4包括第二板体41，支架5的一侧安装至第二板体41的一侧，滑台3位于第二板体41的另一侧，第二板体41上分别设有第二栓孔和第二弧形长孔，第二调节栓42的一端固定连接至滑台3的一侧，第二调节栓42的另一端转动套接至第二栓孔内，且滑台3上固定安装第三调节栓43，第三调节栓43外围能够在第二弧形长孔内滑动，第二调节栓42和第三调节栓43相互平行设置，在实施时第二板体41能够以第二调节栓42为转轴，第二弧形长孔为运动轨迹，实现相对被实施物沿Y向转动。

滑台3的一侧固定安装两个第二挡板31，两个第二挡板31分别位于第二板体41的两端，每个第二挡板31上设有一个第二螺纹孔，一个第二定位栓32外围螺纹连接至一个第二螺纹孔内，第二定位栓32的一端抵接至第二板体41的一端同于定位滑台3与第二板体41的相对位置。

自适应组件4还包括第三板体44，第二板体41位于第三板体44和滑台3之间，第二板体41上固定安装安装第三定位栓45和第四调节栓46，且第三定位栓45和第四调节栓46相互平行设置，第三定位栓45的一端转动套接至第三板体44上，第三板体44上设有第三弧形长孔，第四调节栓46的外围能够沿第三弧形长孔滑动，且第四调节栓46的一端安装至支架5上，在实施时第三板体44能够以第三定位栓45为转轴，第三弧形长孔为运动轨迹，实现相对被实施物沿X向转动。

第二板体41上还安装第五调节栓47，第五调节栓47与第三定位栓45相互平行设置，第三板体44上设有第四弧形长孔，第五调节栓47外围能够沿第四弧形长孔滑动，且第五调节栓47的一端安装至支架5上，在实施时第三板体44能够以第三定位栓45为转轴，第四弧形长孔为运动轨迹，实现相对被实施物沿Z向转动。

如图8所示，第四调节栓46的外围沿第三弧形长孔滑动的轨迹与第五调节栓47外围沿第四弧形长孔滑动的轨迹相互垂直，第三调节栓43外围在第二弧形长孔内滑动的轨迹与第五调节栓47外围沿第四弧形长孔滑动的轨迹相互垂直，第三调节栓43外围在第二弧形长孔内滑动的轨迹与第四调节栓46的外围沿第三弧形长孔滑动的轨迹对向设置。

第三定位栓45的第一端、第四调节栓46的第一端和第五调节栓47的第一端均为球形结构，支架5的一侧设有若干球形盲槽，第三定位栓45的第一端、第四调节栓46的第一端和第五调节栓47的第一端分别间隙配合至一个球形盲槽内，球形结构的第三定位栓45的第一端、第四调节栓46的第一端和第五调节栓47的第一端包裹在球形盲槽内，第三定位栓45、第四调节栓46和第五调节栓47在一定范围内可以相对支架5进行摆动和沿着各自杆体轴线自转。

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 (10)

1.模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：包括基座(1)、支板(2)、滑台(3)、自适应组件(4)和支架(5)，基座(1)固定安装至固定位置，基座(1)上端安装支板(2)，支板(2)一侧设置导轨，滑台(3)的一侧设置滑块，滑块的外围滑动连接至导轨外围，滑台(3)的另一侧安装自适应组件(4)，自适应组件(4)的一侧安装支架(5)，自适应组件(4)能够带动支架(5)偏转，且支架(5)用于托举被实施零件。

2.根据权利要求1所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：支板(2)的一侧安装两个第一挡板，两个第一挡板分别位于滑轨的两端，第一挡板用于防止滑块脱轨，每个第一挡板的一侧安装一个第一板体(21)，两个第一板体(21)相互平行设置，滑台(3)位于两个第一板体(21)之间，每个第一板体(21)上设有一个第一螺纹孔，一个第一定位栓(22)外围螺纹连接至一个第一螺纹孔内，第一定位栓(22)的一端抵接至滑台(3)的一侧用于定位滑台(3)与支板(2)的相对位置。

3.根据权利要求1所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：基座(1)下端设有第一弧形长孔，支板(2)的横截面是L形结构，支板(2)的一侧设有第一栓孔，第一调节栓(23)的下端卡接至基座(1)下端，第一调节栓(23)的另一端穿过第一弧形长孔后固定连接至支第一栓孔内，且第一调节栓(23)外围能够在第一弧形长孔内滑动。

4.根据权利要求1所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：自适应组件(4)包括第二板体(41)，支架(5)的一侧安装至第二板体(41)的一侧，滑台(3)位于第二板体(41)的另一侧，第二板体(41)上分别设有第二栓孔和第二弧形长孔，第二调节栓(42)的一端固定连接至滑台(3)的一侧，第二调节栓(42)的另一端转动套接至第二栓孔内，且滑台(3)上固定安装第三调节栓(43)，第三调节栓(43)外围能够在第二弧形长孔内滑动，第二调节栓(42)和第三调节栓(43)相互平行设置。

5.根据权利要求4所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：滑台(3)的一侧固定安装两个第二挡板(31)，两个第二挡板(31)分别位于第二板体(41)的两端，每个第二挡板(31)上设有一个第二螺纹孔，一个第二定位栓(32)外围螺纹连接至一个第二螺纹孔内，第二定位栓(32)的一端抵接至第二板体(41)的一端同于定位滑台(3)与第二板体(41)的相对位置。

6.根据权利要求4所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：自适应组件(4)还包括第三板体(44)，第二板体(41)位于第三板体(44)和滑台(3)之间，第二板体(41)上固定安装安装第三定位栓(45)和第四调节栓(46)，且第三定位栓(45)和第四调节栓(46)相互平行设置，第三定位栓(45)的一端转动套接至第三板体(44)上，第三板体(44)上设有第三弧形长孔，第四调节栓(46)的外围能够沿第三弧形长孔滑动，且第四调节栓(46)的一端安装至支架(5)上。

7.根据权利要求6所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：第二板体(41)上还安装第五调节栓(47)，第五调节栓(47)与第三定位栓(45)相互平行设置，第三板体(44)上设有第四弧形长孔，第五调节栓(47)外围能够沿第四弧形长孔滑动，且第五调节栓(47)的一端安装至支架(5)上。

8.根据权利要求7所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：第四调节栓(46)的外围沿第三弧形长孔滑动的轨迹与第五调节栓(47)外围沿第四弧形长孔滑动的轨迹相互垂直。

9.根据权利要求7所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：第三调节栓(43)外围在第二弧形长孔内滑动的轨迹与第五调节栓(47)外围沿第四弧形长孔滑动的轨迹相互垂直，第三调节栓(43)外围在第二弧形长孔内滑动的轨迹与第四调节栓(46)的外围沿第三弧形长孔滑动的轨迹对向设置。

10.根据权利要求7所述的模拟运载火箭上管路取样环境的多自由度工装，其特征在于：第四调节栓(46)的第一端和第五调节栓(47)的第一端均为球形结构，支架(5)的一侧设有若干球形盲槽，第四调节栓(46)的第一端和第五调节栓(47)的第一端分别间隙配合至一个球形盲槽内。

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