[發(fā)明專利]一種航天發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310580978.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN103604368A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂傳景;陳小婭;向彥君;王繼長(zhǎng);陳少斌;閆明輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州辰維科技股份有限公司;西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)廠
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01B11/27;G01B11/02
• 代理公司: 鄭州天陽(yáng)專利事務(wù)所(普通合伙) 41113
• 代理人: 王逢伍

1.一種航天發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量方法，其特征在于，包括以下步驟：

①.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中心軸線進(jìn)行測(cè)量：

在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管端圓上布設(shè)至少5個(gè)第一攝影測(cè)量標(biāo)志，在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上部的圓柱部分段上布設(shè)至少7個(gè)第二攝影測(cè)量標(biāo)志，采用MPS工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量出所有布設(shè)的攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，分別用端圓上的攝影標(biāo)志點(diǎn)擬合一個(gè)圓，得到端圓圓心；再用圓柱部分段上的攝影測(cè)量標(biāo)志擬合一個(gè)圓柱，得到圓柱的軸線；連接端圓圓心及圓柱軸線，得到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的中心軸線；

②.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上部彎管中心位置進(jìn)行測(cè)量：

在上部彎管的端圓上布置至少5個(gè)第三攝影測(cè)量標(biāo)志，采用MPS工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量出所有布設(shè)的攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，用端圓攝影標(biāo)志點(diǎn)擬合一個(gè)圓，得到端圓圓心即為彎管中心；

③.建立發(fā)動(dòng)機(jī)噴管基準(zhǔn)坐標(biāo)系：

以發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中心軸線、上部彎管中心形成一個(gè)基準(zhǔn)平面，以基準(zhǔn)平面建立其基準(zhǔn)坐標(biāo)系，以彎管中心點(diǎn)到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中心軸線的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，以發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中心軸線為Z軸，指向彎管端圓中心為X軸，根據(jù)右手坐標(biāo)系法則大拇指所指方向?yàn)閅軸，建立起發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的基準(zhǔn)坐標(biāo)系；

④.對(duì)連接管中心軸線進(jìn)行測(cè)量：

在連接管端圓上布設(shè)至少5個(gè)第四攝影測(cè)量標(biāo)志，在連接管的圓柱相同厚度部分布設(shè)至少7個(gè)第五攝影測(cè)量標(biāo)志，采用MPS工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)的單相機(jī)靜態(tài)測(cè)量，測(cè)量出所有布設(shè)的攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，分別用端圓上的攝影標(biāo)志點(diǎn)擬合一個(gè)圓，得到端圓圓心；再用圓柱部分段上的攝影標(biāo)志點(diǎn)擬合一個(gè)圓柱，得到圓柱的軸線，連接端圓圓心及圓柱軸線，得到連接管的中心軸線；

⑤.對(duì)連接管上部彎管中心位置進(jìn)行測(cè)量：

采用與步驟②相同的測(cè)量方法，在上部彎管的端圓上布置至少5個(gè)第六攝影測(cè)量標(biāo)志，采用MPS工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量出所有布設(shè)的攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，用端圓攝影標(biāo)志點(diǎn)擬合一個(gè)圓，得到端圓圓心即為彎管中心；

⑥.建立連接管基準(zhǔn)坐標(biāo)系：

采用與步驟③相同的方法建立連接管基準(zhǔn)坐標(biāo)系，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管基準(zhǔn)坐標(biāo)系與連接管基準(zhǔn)坐標(biāo)系建立后，當(dāng)要測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與連接管中心軸線平行度，則只需看兩基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Z軸是否平行即可；當(dāng)需測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與連接管上部彎管中心等高，則只需看連接管坐標(biāo)系原點(diǎn)在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管坐標(biāo)系下的Z軸坐標(biāo)是否為0，且必須保證其Y軸坐標(biāo)為0，即保證發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及連接管的基準(zhǔn)平面是共面的；

⑦.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及連接管的基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及連接管的基準(zhǔn)坐標(biāo)系建立好以后，在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及連接管的管身上布設(shè)至少10個(gè)第七攝影測(cè)量標(biāo)志，并分別以各自的基準(zhǔn)坐標(biāo)系為準(zhǔn)，測(cè)量出所有攝影標(biāo)志點(diǎn)在各自基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)噴管或連接管在裝配時(shí)如何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，管身上的攝影測(cè)量標(biāo)志與各自的基準(zhǔn)坐標(biāo)系間的空間位置關(guān)系是固定不變的，則可以用這些攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)來(lái)代替基準(zhǔn)坐標(biāo)系，當(dāng)進(jìn)行裝配時(shí)，只要測(cè)量出這些攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換分別得到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及連接管的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，然后解算出其中心軸線關(guān)系及上部端圓中心點(diǎn)位之間的高度差；兩個(gè)右手空間直角坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，存在三個(gè)平移量、三個(gè)旋轉(zhuǎn)量和一個(gè)尺度因子，將建立的基準(zhǔn)坐標(biāo)系O-XYZ先縮放k倍，再旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（εx，εy，εz），最后平移坐標(biāo)（X₀，Y₀，Z₀）后，轉(zhuǎn)換到被測(cè)量的坐標(biāo)系o-xyz中，點(diǎn)P在O-XYZ中的坐標(biāo)為（X，Y，Z），在o-xyz中的坐標(biāo)為（x，y，z），則有：

xyz=kRTX-X0Y-Y0Z-Z0]]>--（式1）

同理也有：

XYZ=1kRxyz+X0Y0Z0]]>--（式2）

式中R為旋轉(zhuǎn)矩陣，其中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是構(gòu)造旋轉(zhuǎn)矩陣，繞X、Y、Z測(cè)量坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)矩陣分別表示為：

Rx(ϵx)=1000cosϵx-sinϵx0sinϵxcosϵxRy(ϵy)=cosϵy0sinϵy010-sinϵy0cosϵyRz(ϵz)=cosϵz-sinϵz0sinϵzcosϵz0001]]>--（式3）

旋轉(zhuǎn)矩陣的構(gòu)造按Kardan旋轉(zhuǎn)進(jìn)行，其要點(diǎn)是三個(gè)連動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸中不出現(xiàn)同名軸，首先繞X軸旋轉(zhuǎn)εx，此時(shí)Z軸到達(dá)OYZ與OYz兩面的交線位置，其次繞旋轉(zhuǎn)后的Y軸旋轉(zhuǎn)εy，使Z軸最終到達(dá)z軸，最后繞z軸旋轉(zhuǎn)εz，最終使X、Y軸分別與x、y軸重合。則旋轉(zhuǎn)矩陣R為：

R=Rx(ϵx)·Ry(ϵy)·Rz(ϵz)=a1a2a3b1b2b3c1c2c3]]>--（式4）

式中R矩陣的諸參數(shù)為：

a1=cosϵycosϵz,a2=-cosϵysinϵz,a3=sinϵyb1=cosϵxsinϵz+sinϵxsinϵycosϵz,b2=cosϵxcosϵz-sinϵxsinϵysinϵz,b3=-sinϵxcosϵyc1=sinϵxsinϵz-cosϵxsinϵycosϵz,c2=sinϵxcosϵz+cosϵxsinϵysinϵz,c3=cosϵxcosϵy]]>

⑧.裝配測(cè)量：

將MPS工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)的多相機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量中的各相機(jī)安置在至少兩臺(tái)相機(jī)能共同觀測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)噴管及連接管管身上的約一半的攝影測(cè)量標(biāo)志的位置，按照裝配的實(shí)際工況，至少需要4臺(tái)相機(jī)組成多相機(jī)系統(tǒng)才能完成裝配時(shí)的實(shí)時(shí)測(cè)量，在裝配實(shí)時(shí)測(cè)量過(guò)程中，由MPS多相機(jī)系統(tǒng)控制4臺(tái)相機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，獲得攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，通過(guò)公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)解算出發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與連接管的中心軸線之間的平行度數(shù)據(jù)、彎管中心點(diǎn)之間的高差數(shù)據(jù)；

⑨.發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與連接管防撞數(shù)據(jù)測(cè)量及信號(hào)輸出：

為了實(shí)現(xiàn)在裝配過(guò)程中預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與連接管發(fā)生碰撞，首先確定出發(fā)動(dòng)機(jī)噴管與連接管在實(shí)際裝配中最有可能發(fā)生碰撞的部位，然后在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管管身及連接管管身的易干擾部位各布置一個(gè)攝影測(cè)量標(biāo)志，在第⑧步中安置相機(jī)位置時(shí)，應(yīng)保證至少有其中兩臺(tái)相機(jī)能觀測(cè)到干擾部位的攝影測(cè)量標(biāo)志，在裝配實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)會(huì)同時(shí)測(cè)量出干擾部位的兩個(gè)攝影測(cè)量標(biāo)志的三維坐標(biāo)，然后計(jì)算出兩個(gè)攝影測(cè)量攝影標(biāo)志點(diǎn)的空間距離，設(shè)兩點(diǎn)P₁(x₁、y₁、z₁)、P₂(x₂、y₂、z₂)，則兩點(diǎn)間的空間距離根據(jù)空間點(diǎn)距離公式5可得：

d=(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2]]>--（式5）

設(shè)定好該距離的最小值閾值，實(shí)現(xiàn)防撞提醒及必要的信號(hào)輸出。