大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，包括上位機、偏差檢測單元、徑向激光位移傳感器、軸向激光位移傳感器，上位機的CAN接口與偏差檢測單元之間通過CAN總線相連接，偏差檢測單元的信號輸入端與激光位移傳感器的信號輸出端相連接；激光位移傳感器用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的位置偏差值，所述激光位移傳感器包括第一徑向激光位移傳感器、第二徑向激光位移傳感器、第三徑向激光位移傳感器、第一軸向激光位移傳感器、第二軸向激光位移傳感器、第三軸向激光位移傳感器，本發(fā)明的檢測效率高、精度高、方便可靠。
【專利說明】大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，特別是涉及一種偏差檢測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大型筒狀結(jié)構(gòu)件的對接，在飛機裝配、管線對接、武器系統(tǒng)裝填、飛船太空對 接等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，某些產(chǎn)品需要多次實現(xiàn)分離與對接過程。在大型筒狀結(jié)構(gòu)件的對接過 程中，要保證其可靠連接，首先需要解決其同心問題，即通過其自身姿態(tài)調(diào)節(jié)消除初始誤 差，使兩筒狀結(jié)構(gòu)件的同心度滿足對接要求。傳統(tǒng)的調(diào)姿對中過程均采用人工測量、調(diào)整的 方法，效率較低，對操作人員依賴性強。為保證安全性和可靠性要求，設(shè)置了多個人工檢測、 操作環(huán)節(jié)，一個完整的工作流程需要多人配合操作，耗時較長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，用于解決上述技術(shù) 問題。
[0004] 本發(fā)明的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括上位機、偏差檢測 單元、軸向激光位移傳感器、徑向激光位移傳感器，上位機的CAN接口與偏差檢測單元之間 通過CAN總線相連接，偏差檢測單元的信號輸入端與激光位移傳感器的信號輸出端相連 接；
[0005] 所述軸向激光位移傳感器包括第一軸向激光位移傳感器、第二軸向激光位移傳感 器、第三軸向激光位移傳感器，所述徑向激光位移傳感器包括第一徑向激光位移傳感器、第 二徑向激光位移傳感器、第三徑向激光位移傳感器；
[0006] 所述軸向激光位移傳感器用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的軸向位置偏差值并將 檢測結(jié)果傳輸給偏差檢測單元；徑向激光位移傳感器用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的徑向 位置偏差值并將檢測結(jié)果傳輸給偏差檢測單元。
[0007] 所述第一徑向激光位移傳感器、第二徑向激光位移傳感器、第三徑向激光位移傳 感器分布在以活動筒狀結(jié)構(gòu)件的中心軸線上的點為圓心的圓周上，且第二徑向激光位移傳 感器、第三徑向激光位移傳感器分布在所述圓周的一條直徑的兩端，第一徑向激光位移傳 感器到第二徑向激光位移傳感器、第三徑向激光位移傳感器兩激光位移傳感器的距離相 等。
[0008] 所述第一軸向激光位移傳感器、第二軸向激光位移傳感器、第三軸向激光位移傳 感器均與分布在活動筒狀結(jié)構(gòu)件的筒壁圓周上，第一軸向激光位移傳感器的激光穿過第一 通孔，第二軸向激光位移傳感器的激光穿過第二通孔、第三軸向激光位移傳感器的激光穿 過第三通孔。
[0009] 所述第一軸向激光位移傳感器、第二軸向激光位移傳感器、第三軸向激光位移傳 感器中兩兩之間的圓心角為120°。
[0010]固定筒狀結(jié)構(gòu)件與活動筒狀結(jié)構(gòu)件之間的實際偏差值是由各個激光位移傳感器 得到的實際測量值減去上位機中記錄的相應(yīng)的標(biāo)定值得出的。
[0011] 所述固定筒狀結(jié)構(gòu)件與活動筒狀結(jié)構(gòu)件之間的實際偏差值包括上下位置偏差值、 左右位置偏差值、俯仰角度偏差值、橫擺角度偏差值。
[0012] 所述第一徑向激光位移傳感器、第二徑向激光位移傳感器、第三徑向激光位移傳 感器、第一軸向激光位移傳感器、第二軸向激光位移傳感器、第三軸向激光位移傳感器米用 的是型號為ILD1302的激光位移傳感器。
[0013] 本發(fā)明利用激光位移傳感器技術(shù)，實現(xiàn)自動檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件間相對位置偏 差，實時給出檢測結(jié)果，有效避免了原有人工操作方式的缺陷，提高了啊檢測，使產(chǎn)品的性 能和技術(shù)水平上了一個新臺階，在大型結(jié)構(gòu)件調(diào)姿對中、對接領(lǐng)域具有廣泛的推廣意義。
[0014] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)及方法作進一步說 明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為活動筒狀結(jié)構(gòu)件的對中端面俯視圖；
[0017] 圖3為活動筒狀結(jié)構(gòu)件和固定筒狀結(jié)構(gòu)件對接局部剖面不意圖；
[0018] 圖4為固定筒狀結(jié)構(gòu)件的對中端面俯視圖；
[0019] 圖5為激光位移傳感器零位標(biāo)定示意圖。

【具體實施方式】
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)包括上位機A、偏差檢測單 元B、軸向激光位移傳感器C1、徑向激光位移傳感器C2,上位機A的CAN接口與偏差檢測單 元B之間通過CAN總線相連接，偏差檢測單元B的信號輸入端與激光位移傳感器C的信號 輸出端相連接，上述軸向激光位移傳感器C1包括第一軸向激光位移傳感器al、第二軸向激 光位移傳感器a2、第三軸向激光位移傳感器a3,上述徑向激光位移傳感器C2包括第一徑向 激光位移傳感器rl、第二徑向激光位移傳感器r2、第三徑向激光位移傳感器r3。
[0021] 軸向激光位移傳感器Cl用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的軸向位置偏差值并將檢 測結(jié)果傳輸給偏差檢測單元B;徑向激光位移傳感器C2用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的徑 向位置偏差值并將檢測結(jié)果傳輸給偏差檢測單元B ;偏差檢測單元B將由激光位移傳感器C 傳輸來的模擬信號檢測結(jié)果處理轉(zhuǎn)化成可在CAN總線上傳輸?shù)臄?shù)字信號，并將轉(zhuǎn)化后的數(shù) 字信號上傳給上位機A ;上位機A分析處理偏差檢測單元B上傳的數(shù)字信號，并根據(jù)預(yù)設(shè)的 計算方法計算出大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的相對偏差信息值。
[0022] 如圖2、圖3所示，固定筒狀結(jié)構(gòu)件G和活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的對中端頭處都是圓形 法蘭結(jié)構(gòu)。在活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的法蘭端頭的突出邊沿上開有第一通孔bl、第二通孔b2、 第三通孔b3,第一通孔bl、第二通孔b2、第三通孔b3均勻分布，三個通孔中任意兩個通孔之 間相對于活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的圓心角均等于120°，在活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的筒壁上相應(yīng)于 上述三個通孔處分別安裝有第一軸向激光位移傳感器al、第二軸向激光位移傳感器a2、第 三軸向激光位移傳感器a3,三個激光位移傳感器的激光可以穿過上述三個通孔達到固定筒 狀結(jié)構(gòu)件G的對中端頭上；第一徑向激光位移傳感器rl、第二徑向激光位移傳感器r2、第三 徑向激光位移傳感器r3通過支撐臂Z固定在活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的筒壁上，其中第二徑向激 光位移傳感器r2和第三徑向激光位移傳感器r3兩個徑向激光位移傳感器分布在活動筒狀 結(jié)構(gòu)件Η的一外直徑的兩端，并且第一徑向激光位移傳感器rl到第二徑向激光位移傳感器 r2、第三徑向激光位移傳感器r3的距離相等，上述支撐臂Z為直角結(jié)構(gòu)，第一端頭固定在活 動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的筒壁上，第二端端頭上安裝有徑向激光位移傳感器，第二端頭所在邊延 伸方向與活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η的軸向平行，第二端頭所在邊的長度大于第一端頭到活動筒狀 結(jié)構(gòu)件Η的對中端頭的距離。
[0023] 如圖4所示，固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的對中端面為圓形，在端面上分布有第一軸向檢測 點c 1、第二軸向檢測點c2、第三軸向檢測點c3，在固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的圓周側(cè)壁上分布有第 一徑向檢測點R1、第二徑向檢測點R2、第三徑向檢測點R3。
[0024] 其中第一軸向檢測點cl、第二軸向檢測點c2、第三軸向檢測點c3均勻分布，三個 軸向檢測點的相對位置關(guān)系與上述三個軸向激光位移傳感器相對應(yīng)；第一徑向檢測點R1、 第二徑向檢測點R2、第三徑向檢測點R3的相對位置關(guān)系與上述三個徑向激光位移傳感器 的相對位置相對應(yīng)；第二徑向檢測點R2、第三徑向檢測點R3之間的水平距離是H，第一軸向 檢測點cl、第二軸向檢測點c2之間的垂直距離是D。
[0025] 如圖5所不，圖中包括活動筒狀結(jié)構(gòu)件H、標(biāo)定板BD、第一軸向激光位移傳感器al、 第一徑向激光位移傳感器rl，第一徑向激光位移傳感器rl通過支撐臂Z固定在活動筒狀結(jié) 構(gòu)Η上，標(biāo)定板BD是具有兩個直角拐角的標(biāo)尺。實際應(yīng)用中的標(biāo)定方法為，第一徑向激光 移位傳感器rl發(fā)射激光直射到標(biāo)定板DB上，檢測到距離標(biāo)定板BD的距離并記錄為XlrO， 同樣可以標(biāo)定出第二徑向激光位移傳感器r2到標(biāo)定板BD的距離并記錄為X2r0,第三徑向 激光位移傳感器r3到標(biāo)定板B的距離為X4r0 ;第一軸向激光移位傳感器al發(fā)射激光通過 第一通孔B1直射到標(biāo)定板BD上，檢測到距離標(biāo)定板BD的距離并記錄為YlaO,同樣標(biāo)定出 第二軸向激光位移傳感器a2到標(biāo)定板BD的距離為Y2a0，第三軸向激光位移傳感器a3到標(biāo) 定板B的距離為Y4a0。
[0026] 分別將XlrO、X2rO、X4rO、YlaO、Y2aO、Y4aO記錄為相應(yīng)激光位移傳感器的標(biāo)定值， 存儲在上位機中，當(dāng)檢測固定筒狀結(jié)構(gòu)件時，實際的測量值減去上位機中記錄的相應(yīng)的標(biāo) 定值即得出活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η與固定筒狀結(jié)構(gòu)件G之間的實際偏差值，計算公式如下：
[0027] Xlr = Xlr 測】-XlrO
[0028] X2r = X2r 測廠 X2r0
[0029] X4r = X4r _ _X4rO
[0030] Yla = Yla 測廠 YlaO
[0031] Y2a = Y2a_-Y2a0
[0032] Y4a = Y4a 測 _Y4aO
[0033] 其中Xl、為第一徑向激光位移傳感器rl測得到固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的距離；
[0034] X2rM為第二徑向激光位移傳感器r2測得到固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的距離；
[0035] X4r_為第三徑向激光位移傳感器r3測得到固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的距離；
[0036] YlaM為第一軸向激光位移傳感器al測得到固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的距離；
[0037] Y2aM為第二軸向激光位移傳感器a2測得到固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的距離；
[0038] Y4a_為第三軸向激光位移傳感器a3測得到固定筒狀結(jié)構(gòu)件G的距離；
[0039] Xlr、X2r、X4r、Yla、Y2a、Y4a分別是活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η與固定筒狀結(jié)構(gòu)件G之間 的實際距離偏差。采用實際測量值減去預(yù)先標(biāo)定值的方法有助于消除測量誤差，提高檢測 精度。
[0040] 根據(jù)以上結(jié)果可以計算出活動筒狀結(jié)構(gòu)件Η與固定筒狀結(jié)構(gòu)件G之間上下位置、 左右位置、俯仰角度、橫擺角度四個自由度的相對偏差數(shù)據(jù)：
[0041] 上下位置=Xlr ;
[0042] 左右位置=(X2r_X4r)/2 ;
[0043] 橫擺角度=arctan ((Y2a_Y4a)/Η);
[0044] 俯仰角度=arctan (((Y2a+Y4a)/2_Yla)/D)。
[0045] 上述實施例中采用的傳感器為型號為ILD1302的激光位移傳感器，給傳感器的測 量范圍從20mm至200mm可選，測量精度從0· 04mm到0· 5mm可選，測量頻率可達500Hz，輸出 形式為4?20mA模擬量信號或485串口輸出數(shù)字量，應(yīng)用中可以根據(jù)需要選擇合適測量范 圍和測量精度的傳感器。
[0046] 以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范 圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方 案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括上位機（A)、偏差檢測單 兀（B)、軸向激光位移傳感器（C1)、徑向激光位移傳感器（C2)，上位機（A)的CAN接口與偏 差檢測單元（B)之間通過CAN總線相連接，偏差檢測單元（B)的信號輸入端與激光位移傳 感器（C)的信號輸出端相連接； 所述軸向激光位移傳感器（C1)包括第一軸向激光位移傳感器（al)、第二軸向激光位 移傳感器（a2)、第三軸向激光位移傳感器（a3)，所述徑向激光位移傳感器（C2)包括第一徑 向激光位移傳感器（rl)、第二徑向激光位移傳感器（r2)、第三徑向激光位移傳感器（r3); 所述軸向激光位移傳感器（Cl)用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間的軸向位置偏差值并將 檢測結(jié)果傳輸給偏差檢測單元（B);徑向激光位移傳感器C2用于檢測大型筒狀結(jié)構(gòu)件之間 的徑向位置偏差值并將檢測結(jié)果傳輸給偏差檢測單元（B)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 徑向激光位移傳感器（rl)、第二徑向激光位移傳感器（r2)、第三徑向激光位移傳感器（r3) 分布在以活動筒狀結(jié)構(gòu)件（Η)的中心軸線上的點為圓心的圓周上，且第二徑向激光位移傳 感器（r2)、第三徑向激光位移傳感器（r3)分布在所述圓周的一條直徑的兩端，第一徑向激 光位移傳感器（rl)到第二徑向激光位移傳感器（r2)、第三徑向激光位移傳感器（r3)兩激 光位移傳感器的距離相等。
3. 根據(jù)求利要求2所述的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 軸向激光位移傳感器（al)、第二軸向激光位移傳感器（a2)、第三軸向激光位移傳感器（a3) 均與分布在活動筒狀結(jié)構(gòu)件（Η)的筒壁圓周上，第一軸向激光位移傳感器（al)的激光穿過 第一通孔（bl)，第二軸向激光位移傳感器（a2)的激光穿過第二通孔（b2)、第三軸向激光位 移傳感器（a3)的激光穿過第三通孔（b3)。
4. 根據(jù)求利要求3所述的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 軸向激光位移傳感器（al)、第二軸向激光位移傳感器（a2)、第三軸向激光位移傳感器（a3) 中兩兩之間的圓心角為120°。
5. 根據(jù)求利要求4所述的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，固定筒狀 結(jié)構(gòu)件（G)與活動筒狀結(jié)構(gòu)件（H)之間的實際偏差值是由各個激光位移傳感器得到的實際 測量值減去上位機（A)中記錄的相應(yīng)的標(biāo)定值得出的。
6. 根據(jù)求利要求5所述的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述固定 筒狀結(jié)構(gòu)件（G)與活動筒狀結(jié)構(gòu)件（H)之間的實際偏差值包括上下位置偏差值、左右位置 偏差值、俯仰角度偏差值、橫擺角度偏差值。
7. 根據(jù)求利要求6所述的大型筒狀結(jié)構(gòu)件對中偏差檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述第 一徑向激光位移傳感器（rl)、第二徑向激光位移傳感器（r2)、第三徑向激光位移傳感器 (r3)、第一軸向激光位移傳感器（al)、第二軸向激光位移傳感器（a2)、第三軸向激光位移 傳感器（a3)采用的是型號為ILD1302的激光位移傳感器。
【文檔編號】G01B11/02GK104089589SQ201410222295
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】郝欣偉, 劉懿敏, 安晨亮, 楊學(xué)軍, 劉澍, 顧銀芳, 鄭國梁, 顧長明, 王真真, 蘇娟, 李志超, 李文書 申請人:北京航天發(fā)射技術(shù)研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院