CN115383658A - 舱段数字化对接系统及基于该系统的舱段对接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种舱段数字化对接系统及基于该系统的舱段对接方法，包括：基础平台；若干组调姿机构，各组所述调姿机构沿基础平台的长度方向分布，所述调姿机构包括托盘和四组数控定位器，其中，所述托盘用于固定支撑舱段，四组所述数控定位器位于托盘与基础平台之间，用于调整托盘的6个自由度；以及多目摄影测量装置，其用于拍摄舱段上黏贴的标志点，所述多目摄影测量装置通过支撑架滑动安装在基础平台的长度方向上。有益效果是：能够有效提升飞行设备类产品在总装环节的舱段对接精度与对接效率，提高该类产品的生产效率与生产质量，满足更加复杂的产品制造需求，确保舱段类相关设备能够朝着小批量、多品种、高技术指标的方向发展。
Description
技术领域
本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种舱段数字化对接系统。
背景技术
在飞机、火箭等航天飞行设备中，涉及大量的圆筒状部件，即所谓的舱段。在这些设备的制造过程中，舱段的对接精度对于飞行设备的性能指标具有极其重要的作用。
在现有技术中，一方面，飞机等产品制造过程仍采用激光跟踪仪等接触式坐标测量系统进行现场测量，现场测量效率较低，无法通过测量系统与数字化工装联动实现舱段的快速对接。另一方面，随着飞机等武器装备逐渐朝着小批量、多品种、高技术指标的方向发展，对装备研制效率、装配精度、成本控制等提出了越来越高的要求，现阶段的舱段装配方式已很难满足这些需求，影响和制约了新装备的发展。
为此，亟待开发一种新的飞行设备舱段对接系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种舱段数字化对接系统，具有对接速度快、对接精度高的技术优势。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种舱段数字化对接系统，其关键在于，包括：
基础平台；
若干组调姿机构，各组所述调姿机构沿基础平台的长度方向分布，所述调姿机构包括托盘和四组数控定位器，其中，所述托盘用于固定支撑舱段，四组所述数控定位器位于托盘与基础平台之间，用于调整托盘的6个自由度；以及
多目摄影测量装置，其用于拍摄舱段上黏贴的标志点，所述多目摄影测量装置通过支撑架滑动安装在基础平台的长度方向上。
优选的，所述数控定位器包括支撑块，所述支撑块上端与托盘之间设有球铰机构，所述支撑块与基础平台之间设有X向移动模组、Y向移动模组和Z向移动模组。
优选的，四组所述数控定位器在托盘与基础平台之间呈矩形分布。
优选的，所述托盘上侧设有夹紧机构，用于固定夹持舱段。
优选的，所述多目摄影测量装置包括若干个拍摄相机。
优选的，所述基础平台两侧布置有导轨，所述支撑架滑动连接在导轨上。
本发明还提供了一种基于上述舱段数字化对接系统的舱段对接方法，其要点在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：在相互靠近的两个调姿机构上分别固定安装舱段；
步骤二：在舱段圆柱面和端面上设置标志点；
步骤三：使用单目摄影测量相机在舱段附近的多个位置，且以不同的角度对舱段进行拍摄，获取舱段圆柱面和端面上的标志点的坐标，然后计算出舱段轴线端点与舱段圆柱面上标志点的坐标关系M1，即实现舱段标定测量；
步骤四：多目摄影测量装置移动至舱段位置，拍摄获取舱段圆柱面上的标志点坐标，然后根据M1计算舱段轴线两端点坐标；
步骤五：根据步骤四计算出的坐标，调姿机构的四组数控定位器协同运动，将相邻两个舱段调整至同轴正对。
优选的，舱段标定测量时，在舱段附近布置距离已知的标志点。
优选的，所述标志点均通过摄影测量工装布置在舱段上，标志点黏贴在摄影测量工装上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该发明能够有效提升飞行设备类产品在总装环节的舱段对接精度与对接效率，提高该类产品的生产效率与生产质量，满足更加复杂的产品制造需求，确保舱段类相关设备能够朝着小批量、多品种、高技术指标的方向发展。
2、该发明能够有效提高舱段类产品在总装环节的自动化水平，减少人工参与，提高舱段类产品总装生产的本质安全。
3、通过合理规划舱段标定测量、工装标定测量的测量内容，使得多目摄影测量装置可以根据实时测量获得的少量坐标数据进行计算，获取各舱段轴线两端的位姿及各数控定位器X、Y、Z三轴的调整量，实现舱段对接。
附图说明
图1为舱段数字化对接系统的结构示意图；
图2为调姿机构2的结构示意图；
图3为舱段标定测量的示意图；
图4为舱段上布置有摄影测量工装的示意图；
图5为调姿机构2标定测量的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，一种舱段数字化对接系统，该系统包括基础平台5，基础平台5的长度方向分布若干组调姿机构2，结合附图2可以看出，调姿机构2包括托盘2a以及安装在托盘2a与基础平台5之间的四组数控定位器2b，其中，托盘2a上侧设有夹紧机构2c，夹紧机构2c用于使舱段固定支撑在调姿机构2上，四组数控定位器2b用于调整托盘2a的6个自由度，6个自由度分别是：沿X方向的移动、沿Y方向的移动、沿Z方向的移动、绕X轴的转动Rx、绕Y轴的转动Ry、绕Z轴的转动Rz。
基础平台5两侧布置有导轨8，导轨8上滑动连接有支撑架4，支撑架4上安装有多目摄影测量装置1，多目摄影测量装置1具有若干个拍摄相机1a，用于拍摄舱段上黏贴的标志点，多目摄影测量装置1通过支撑架4滑动安装在基础平台5的长度方向上。基础平台5的前侧还设有软件系统3。
基于舱段数字化对接系统的以上结构，其工作原理为：基准舱段6和对接舱段7固定在相邻的两个调姿机构2上后，在基准舱段6和对接舱段7上预先黏贴标志点，通过软件系统3根据实现标定的数据计算基准舱段6与对接舱段7的轴线位姿，并计算调姿机构各定位器三维坐标调整量，然后控制四组数控定位器2b运动至指定位置，可以使得基准舱段6和对接舱段7轴线均与导轨平行，且基准舱段6和对接舱段7轴线对准，最后通过整体平移即可实现两舱段对接。
请参图2，在本实施例中，四组数控定位器2b在托盘2a与基础平台5之间呈矩形分布。数控定位器2b包括支撑块a，支撑块a上端与托盘2a之间设有球铰机构b，支撑块a与基础平台5之间设有X向移动模组c、Y向移动模组d和Z向移动模组e。基于此，四组数控定位器2b的X向移动模组c、Y向移动模组d和Z向移动模组e协同运动即可实现托盘2a6个自由度的调节。
比如：四组数控定位器2b的X向移动模组c同时移动，即可使托盘2a沿X方向的移动；
四组数控定位器2b的Y向移动模组d同时移动，即可使托盘2a沿Y方向的移动；
四组数控定位器2b的Z向移动模组e同时移动，即可使托盘2a沿Z方向的移动；
长度方向一侧的两组数控定位器2b的Z向移动模组e同时移动，即可使托盘2a绕Y轴的转动；
宽度方向一侧的两组数控定位器2b的Z向移动模组e同时移动，即可使托盘2a绕X轴的转动；
其中一组数控定位器2b保持静止，另外三组数控定位器2b在水平面内协同运动，即可使托盘2a绕Z轴的转动。
实施例二
一种基于实施例一的舱段数字化对接系统的舱段对接方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：请参图1，在相互靠近的两个调姿机构2上分别固定安装舱段。
步骤二：在舱段圆柱面和端面上设置标志点。
步骤三，舱段标定测量：请参图,3，使用单目摄影测量相机10在舱段7附近的多个位置，且以不同的角度对舱段进行拍摄，获取舱段圆柱面和端面上的标志点的坐标，然后计算出舱段轴线端点与舱段圆柱面上标志点的坐标关系M1。
步骤四：多目摄影测量装置1移动至舱段位置，拍摄获取舱段圆柱面上的标志点坐标，然后根据M1计算舱段轴线两端点坐标。
步骤五：根据步骤四计算出的坐标，调姿机构2的四组数控定位器2b协同运动，将相邻两个舱段调整至同轴正对，最后通过整体平移即可实现两舱段对接。
在以上对接方法中，由于多目摄影测量装置1实时测量时仅能通过每个相机获取1张照片，仅能计算得到视场范围内各标志点的坐标，直接计算舱段轴线的位姿精度较差，因此通过步骤三的标定测量对数据进行补充，能够获取更高的精度，能够显著提升舱段对接精度。与此同时，由于进行了标定测量，多目摄影测量装置1实时测量时，仅需要获取部分舱段圆柱面上的标志点坐标即可根据M1计算舱段轴线两端点坐标，能够显著提升舱段对接效率。
进一步的，标定测量前，需要在舱段圆柱面和端面上黏贴距离已知的标志点，将该已知间距作为基准尺，能够保证后续标定数值的准确度。
结合附图4可以看出，在上述步骤二中，可以根据需要在舱段的螺柱端部、通孔、特征刻线等位置黏贴标志点，以便于通过单目摄影测量相机10测量分析得到在舱段两端轴线端点、对接面上个螺柱、通孔以及各特征刻线在舱段设计坐标系中的坐标位置。进一步的，在本实施例中，所有的标志点均通过摄影测量工装9布置在舱段上，标志点黏贴在摄影测量工装9上。
再如图5所示，由于多相机实时测量无法直接获取各数控定位器2b球铰机构b的球头中心，为此通过在托盘2a上表面、各球铰机构b球窝球面f上黏贴摄影测量标志点。用单目摄影测量相机10在托盘2a附近多个位置上以不同的角度对托盘2a进行拍摄，获取各球铰机构b球窝球面f和托盘上表面上各标志点在托盘坐标系中的坐标以及各球窝球面f与托盘2a上表面标志点的坐标关系M2，即实现调姿机构2工装标定测量。多目摄影测量系统实时测量时，仅需要获取少量托盘上表面标志点坐标即可根据M2计算各球铰机构b球窝球面f中心的坐标，即各数控定位器2b顶部球铰机构b的中心坐标。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种舱段数字化对接系统，其特征在于，包括：
基础平台(5)；
若干组调姿机构(2)，各组所述调姿机构(2)沿基础平台(5)的长度方向分布，所述调姿机构(2)包括托盘(2a)和四组数控定位器(2b)，其中，所述托盘(2a)用于固定支撑舱段，四组所述数控定位器(2b)位于托盘(2a)与基础平台(5)之间，用于调整托盘(2a)的6个自由度；以及
多目摄影测量装置(1)，其用于拍摄舱段上黏贴的标志点，所述多目摄影测量装置(1)通过支撑架(4)滑动安装在基础平台(5)的长度方向上。
2.根据权利要求1所述的舱段数字化对接系统，其特征在于：所述数控定位器(2b)包括支撑块(a)，所述支撑块(a)上端与托盘(2a)之间设有球铰机构(b)，所述支撑块(a)与基础平台(5)之间设有X向移动模组(c)、Y向移动模组(d)和Z向移动模组(e)。
3.根据权利要求1所述的舱段数字化对接系统，其特征在于：四组所述数控定位器(2b)在托盘(2a)与基础平台(5)之间呈矩形分布。
4.根据权利要求1所述的舱段数字化对接系统，其特征在于：所述托盘(2a)上侧设有夹紧机构(2c)，用于固定夹持舱段。
5.根据权利要求1所述的舱段数字化对接系统，其特征在于：所述多目摄影测量装置(1)包括若干个拍摄相机(1a)。
6.根据权利要求1所述的舱段数字化对接系统，其特征在于：所述基础平台(5)两侧布置有导轨(8)，所述支撑架(4)滑动连接在导轨(8)上。
7.一种基于权利要求1至6中任一项所述的舱段数字化对接系统的舱段对接方法，其特征在于，包括：
步骤一：在相互靠近的两个调姿机构(2)上分别固定安装舱段；
步骤二：在舱段圆柱面和端面上设置标志点；
步骤三：使用单目摄影测量相机在舱段附近的多个位置，且以不同的角度对舱段进行拍摄，获取舱段圆柱面和端面上的标志点的坐标，然后计算出舱段轴线端点与舱段圆柱面上标志点的坐标关系M1，即实现舱段标定测量；
步骤四：多目摄影测量装置(1)移动至舱段位置，拍摄获取舱段圆柱面上的标志点坐标，然后根据M1计算舱段轴线两端点坐标；
步骤五：根据步骤四计算出的坐标，调姿机构(2)的四组数控定位器(2b)协同运动，将相邻两个舱段调整至同轴正对。
8.根据权利要求7所述的舱段对接方法，其特征在于：舱段标定测量时，在舱段附近布置距离已知的标志点。
9.根据权利要求7所述的舱段对接方法，其特征在于：所述标志点均通过摄影测量工装布置在舱段上，标志点黏贴在摄影测量工装上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116652929A (zh) * | 2023-01-30 | 2023-08-29 | 北京思灵机器人科技有限责任公司 | 导弹舱体装配系统 |
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2022
- 2022-09-19 CN CN202211138541.1A patent/CN115383658A/zh active Pending
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