一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法

摘要

本发明提供一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，包括：步骤1：采用大型数控铣床对航天器大尺度载荷安装面进行粗加工；步骤2：搭建大尺度载荷安装面平面度在位调修系统；步骤3：进行测量前准备工作；步骤4：对大尺度载荷安装面平面度进行精度测量；步骤5：设置载荷安装面半精加工参数，执行半精调修工序；步骤6：重复进行步骤4；步骤7：设置载荷安装面精加工参数，执行精调修工序；步骤8：重复进行步骤6~步骤7；直至大尺度载荷安装面平面度满足图纸设计要求。

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体地，涉及一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法。

背景技术

大型光学遥感卫星具备高成像质量、高精度保持能力、高可靠性等技术发展特征，这些技术特征均需要光学遥感载荷的对地指向精度来保证。卫星的光学遥感载荷的载荷安装面制造精度直接影响着有效载荷的指向精度，因此，其制造精度要求极为严苛。而大型光学遥感卫星的载荷安装面具有尺度大、弱刚性、载荷安装面各子阵面离散分布等特点，为载荷安装面的制造精度保证带来很大挑战。

采用传统的卫星大尺度载荷安装面平面度修整方式时，需要在每次加工完成后，采用激光跟踪仪进行载荷安装面平面度精度测量。工人需坐在液压车上，手持激光跟踪仪靶标球在被测表面上逐点移动测量，接触式测量中测量力易引起弱刚性结构的变形，自动化程度低；且平面精度测量与修整加工工序反复多次进行，工序总用时较长。

鉴于传统方法存在的缺点，本发明创新设计了一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，该方法将双目视觉测量技术与切削用量局部调整法应用于航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修中，避免了被测表面变形和划伤问题，自动化程度高，重定位误差小，大尺度载荷安装面的平面度调修精度高、调修效率高。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

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航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，解决了航天器大尺度载荷安装面平面精度调修中点接触测量力引起的被测表面变形和划伤、自动化程度低、辅助时间长、调修效率低等问题，适用于航天器大尺度载荷安装面高精度制造过程。

本发明是通过以下技术方案实现的：采用大型数控铣床对航天器大尺度载荷安装面进行粗加工，然后搭建大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，进行平面度测量。搭建的大尺度载荷安装面平面度在位调修系统包括：双目视觉传感器、位置敏感器、激光发射装置、水泥立柱、大型数控铣床（含数控系统）和测量控制计算机。其中，位置敏感器固定在双目视觉传感器上，激光发射装置放置在水泥立柱上。激光发射装置旋转，发射的光平面作为参考平面。铣床主轴带动双目视觉传感器运动，测量大尺度载荷安装面各个子阵面在测量基准坐标系下坐标，同时通过固定于其上的位置敏感器得到双目视觉传感器相对参考平面的偏移量，与双目传感器的测量结果联合，对大尺度载荷安装面平面度进行评价。根据平面度评定结果，计算修整量，采用切削参数局部调整法对大尺度载荷安装面进行半精调修加工和精调修加工。

具体实现步骤如下：一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，包含以下步骤：

步骤1：采用大型数控铣床对航天器大尺度载荷安装面进行粗加工；

步骤2：搭建大尺度载荷安装面平面度在位调修系统；

步骤3：进行测量前准备工作；

步骤4：对大尺度载荷安装面平面度进行精度测量；

步骤5：设置载荷安装面半精加工参数，执行半精调修工序；

步骤6：重复进行步骤4；

步骤7：设置载荷安装面精加工参数，执行精调修工序；

步骤8：重复进行步骤6~步骤7；直至大尺度载荷安装面平面度满足图纸设计要求。

进一步，所述步骤1中的粗加工参数设置为：刀具选用φ80的硬质合金盘铣刀；主轴转速设置在600~800r/min之间；切削深度设置为1.5mm；切削宽度设置为80mm；每齿进给量设置为0.3mm。

进一步，所述大尺度载荷安装面平面度在位调修系统包括：双目视觉测量装置、激光发射器、水泥立柱、隔振器、水泥底座、大型数控铣床、转接工装、测量控制计算机；所述大型数控铣床对安装面进行加工；所述水泥立柱固定于水泥底座，水泥立柱与水泥底座之间安装有隔振器；所述激光发射器固定于水泥立柱的另一端；所述双目视觉测量装置通过转接工装安装于大型数控铣床的数控盘铣刀；所述激光发射器发射激光并入射到双目视觉测量装置，双目视觉测量装置测量第一个载荷安装面的子阵面，并将测量结果输出到测量控制计算机；完成测量后，大型数控铣床带动双目视觉测量装置到下一位置，直至所有子阵面测量完成；所述双目视觉测量装置包括双目视觉传感器、位置敏感器以及倾角传感器，所述双目视觉传感器包括2个相机和1个投影仪；三者按照一定的相对位置关系封装在双目视觉测量装置的机械壳体内部。

进一步，所述步骤2包括以下步骤：

步骤2.1：将双目视觉传感器（含2个相机和1个投影仪）、位置敏感器以及倾角传感器按照一定的相对位置关系封装于机械壳体内部，构成双目视觉测量装置；

步骤2.2：在地面完成双目视觉测量装置中的倾角传感器校准，双目视觉传感器内参标定；

步骤2.3：完成标定后，将双目视觉测量装置通过机床转接工装连接到大型数控铣床的主轴上；

步骤2.4：完成测量控制计算机与机床数控系统、测量控制计算机与双目视觉传感器、测量控制计算机与位置敏感器、测量控制计算机与倾角传感器之间的连接，并完成信号测试；

步骤2.5：将与待测量载荷安装面高度相适应的水泥立柱竖立在机床旁边距离载荷安装面0.4m的位置处，将激光发射器放置在立柱顶部；然后调整激光发射器发射的光平面高度，使位置敏感器读数在-10~10mm之间，且靠近0mm。

进一步，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：进行双目视觉传感器外参标定和坐标系转换的旋转矩阵标定；

步骤3.2：对被测大尺度载荷安装面的各离散子阵面位置进行测量路径规划，将待测位置信息以及传感器标定参数输入软件中；

步骤3.3：根据上一步规划的载荷安装面各离散子阵面的位置信息和测量路径，编制机床数控程序。

进一步，所述步骤4包括以下步骤：

步骤4.1：执行机床数控程序，驱动机床带动双目视觉测量装置移动到第一个待测位置，对第一个载荷安装面的子阵面进行测量；完成数据采集后机床带动双目视觉测量装置到下一位置，进行下一个载荷安装面的子阵面的测量和数据采集，依次直到所有子阵面完成测量；

步骤4.2：在测量软件中进行测量数据处理，对采集的点云数据进行去噪、拼接、简化；

步骤4.3：应用最小包围区域法对由各离散子阵面组成的大尺度载荷安装面平面度进行评定；并根据平面度设计值，计算下一次修整工序中各子阵面的加工余量。

进一步，所述步骤5包括以下步骤：

步骤5.1： 针对分布于变形关键区域（如位于悬臂部位）的载荷安装面子阵面，按如下方式设置半精调修工序加工参数：依据上一步在线测量得到子阵面的半精加工余量，以0.02mm/次的切削深度进行多次走刀分层加工，实现变形控制；其余加工参数同步骤1；

步骤5.2：针对分布于非变形关键区域的载荷安装面子阵面，按如下方式设置半精调修工序加工参数：以上一步在线测量得到的各子阵面半精加工余量作为切削深度进行一次加工，确保加工效率；其余加工参数同步骤1。

进一步，所述步骤7包括以下步骤：

步骤7.1： 针对分布于变形关键区域（如位于悬臂部位）的载荷安装面子阵面，按如下方式设置精调修工序加工参数：依据上一步在线测量得到子阵面的精加工余量，以0.01mm/次的切削深度进行多次走刀分层加工，实现变形控制；其余加工参数同步骤1；

步骤7.2：针对分布于非变形关键区域的载荷安装面子阵面，按如下方式设置精调修工序加工参数：以上一步在线测量得到的各子阵面精加工余量作为切削深度进行一次加工，确保加工效率；其余加工参数同步骤1。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明提出的一种航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，将双目视觉测量技术与切削用量局部调整法集成到航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修中，显著缩短了大尺度载荷安装面平面度调修工序的时间；避免了传统点接触测量引起但被测表面变形和划伤问题，自动化程度高，满足了航天器大尺度载荷安装面高精度制造要求。本发明在航天领域有着广泛的应用前景，本发明还可推广至有类似需求的其他行业，经济效益可观。

附图说明

图1是本发明实施例提供的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修系统的双目视觉测量装置的内部结构示意图。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例对本发明的精神和实质作进一步阐述。

下文中，结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，本发明所提供的航天器大尺度载荷安装面平面度在位调修方法，包含以下步骤：

步骤1：采用大型数控铣床对航天器大尺度载荷安装面进行粗加工；粗加工参数设置为：刀具选用φ80的硬质合金盘铣刀；主轴转速设置在600~800r/min之间；切削深度设置为1.5mm；切削宽度设置为80mm；每齿进给量设置为0.3mm。

步骤2：搭建大尺度载荷安装面平面度在位调修系统；

参考图1，本发明实施例提供的大尺度载荷安装面平面度在位调修系统，包括：双目视觉测量装置2、激光发射器12、水泥立柱11、隔振器10、水泥底座9、大型数控铣床（含数控系统）6、转接工装3、测量控制计算机7和测量软件；所述大型数控铣床6对安装面进行加工；所述水泥立柱11固定于水泥底座9，水泥立柱11与水泥底座9之间安装有隔振器10；所述激光发射器12固定于水泥立柱11的另一端；所述双目视觉测量装置2通过转接工装3安装于大型数控铣床6的数控盘铣刀；所述激光发射器12发射激光并入射到双目视觉测量装置2，双目视觉测量装置2测量第一个载荷安装面的子阵面1，并将测量结果输出到测量控制计算机7；完成测量后，大型数控铣床6带动双目视觉测量装置2到下一位置，直至所有子阵面测量完成；所述测量软件处理双目视觉测量装置的测量数据。

结合参考图2，所述双目视觉测量装置包括双目视觉传感器、位置敏感器19以及倾角传感器18，所述双目视觉传感器包括2个相机21和1个投影仪20；三者按照一定的相对位置关系封装在双目视觉测量装置2的机械壳体内部。所述测量控制计算机7与所述大型数控铣床6的数控系统终端之间采用以太网实现数据通信和控制连接；所述测量控制计算机7与双目视觉传感器、测量控制计算机7与位置敏感器19、测量控制计算机与倾角传感器18之间采用数据线缆连接，实现电信号的传输。

所述步骤2包括：

步骤2.1：将双目视觉传感器（含2个相机和1个投影仪）、位置敏感器以及倾角传感器按照一定的相对位置关系封装于机械壳体内部，构成双目视觉测量装置；

步骤2.2：在地面完成双目视觉测量装置中的倾角传感器校准，双目视觉传感器内参标定；

步骤2.3：完成标定后，将双目视觉测量装置通过机床转接工装连接到大型数控铣床的主轴上；

步骤2.4：完成测量控制计算机与机床数控系统、测量控制计算机与双目视觉传感器、测量控制计算机与位置敏感器、测量控制计算机与倾角传感器之间的连接，并完成信号测试；

步骤2.5：将与待测量载荷安装面高度相适应的水泥立柱竖立在机床旁边距离载荷安装面0.4m的位置处，将激光发射器放置在立柱顶部；然后调整激光发射器发射的光平面高度，使位置敏感器读数在-10~10mm之间，且靠近0mm。

步骤3：进行测量前准备工作，包括：

步骤3.1：进行双目视觉传感器外参标定和坐标系转换的旋转矩阵标定；

步骤3.2：对被测大尺度载荷安装面的各离散子阵面位置进行测量路径规划，将待测位置信息以及传感器标定参数输入软件中；

步骤3.3：根据上一步规划的载荷安装面各离散子阵面的位置信息和测量路径，编制机床数控程序。

步骤4：对大尺度载荷安装面平面度进行精度测量；包括：步骤4.1：执行机床数控程序，驱动机床带动双目视觉测量装置移动到第一个待测位置，对第一个载荷安装面的子阵面进行测量；完成数据采集后机床带动双目视觉测量装置到下一位置，进行下一个载荷安装面的子阵面的测量和数据采集，依次直到所有子阵面完成测量；

步骤4.2：在测量软件中进行测量数据处理，对采集的点云数据进行去噪、拼接、简化；

步骤4.3：应用最小包围区域法对由各离散子阵面组成的大尺度载荷安装面平面度进行评定；并根据平面度设计值，计算下一次修整工序中各子阵面的加工余量。

步骤5：设置载荷安装面半精加工参数，执行半精调修工序；包括：

步骤5.1： 针对分布于变形关键区域（如位于悬臂部位）的载荷安装面子阵面，按如下方式设置半精调修工序加工参数：依据上一步在线测量得到子阵面的半精加工余量，以0.02mm/次的切削深度进行多次走刀分层加工，实现变形控制；其余加工参数同步骤1；

步骤5.2：针对分布于非变形关键区域的载荷安装面子阵面，按如下方式设置半精调修工序加工参数：以上一步在线测量得到的各子阵面半精加工余量作为切削深度进行一次加工，确保加工效率；其余加工参数同步骤1。

步骤6：重复进行步骤4；

步骤7：设置载荷安装面精加工参数，执行精调修工序；包括：步骤7.1： 针对分布于变形关键区域（如位于悬臂部位）的载荷安装面子阵面，按如下方式设置精调修工序加工参数：依据上一步在线测量得到子阵面的精加工余量，以0.01mm/次的切削深度进行多次走刀分层加工，实现变形控制；其余加工参数同步骤1；

步骤7.2：针对分布于非变形关键区域的载荷安装面子阵面，按如下方式设置精调修工序加工参数：以上一步在线测量得到的各子阵面精加工余量作为切削深度进行一次加工，确保加工效率；其余加工参数同步骤1。

步骤8：重复进行步骤6~步骤7；直至大尺度载荷安装面平面度满足图纸设计要求。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。