大型筒状结构件对中偏差检测系统的制作方法
【专利摘要】一种大型筒状结构件对中偏差检测系统，包括上位机、偏差检测单元、径向激光位移传感器、轴向激光位移传感器，上位机的CAN接口与偏差检测单元之间通过CAN总线相连接，偏差检测单元的信号输入端与激光位移传感器的信号输出端相连接；激光位移传感器用于检测大型筒状结构件之间的位置偏差值，所述激光位移传感器包括第一径向激光位移传感器、第二径向激光位移传感器、第三径向激光位移传感器、第一轴向激光位移传感器、第二轴向激光位移传感器、第三轴向激光位移传感器，本发明的检测效率高、精度高、方便可靠。
【专利说明】大型筒状结构件对中偏差检测系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种监测系统，特别是涉及一种偏差检测系统。
【背景技术】
[0002] 目前，大型筒状结构件的对接，在飞机装配、管线对接、武器系统装填、飞船太空对 接等领域广泛应用，某些产品需要多次实现分离与对接过程。在大型筒状结构件的对接过 程中，要保证其可靠连接，首先需要解决其同心问题，即通过其自身姿态调节消除初始误 差，使两筒状结构件的同心度满足对接要求。传统的调姿对中过程均采用人工测量、调整的 方法，效率较低，对操作人员依赖性强。为保证安全性和可靠性要求，设置了多个人工检测、 操作环节，一个完整的工作流程需要多人配合操作，耗时较长。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种大型筒状结构件对中偏差检测系统，用于解决上述技术 问题。
[0004] 本发明的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，包括上位机、偏差检测 单元、轴向激光位移传感器、径向激光位移传感器，上位机的CAN接口与偏差检测单元之间 通过CAN总线相连接，偏差检测单元的信号输入端与激光位移传感器的信号输出端相连 接；
[0005] 所述轴向激光位移传感器包括第一轴向激光位移传感器、第二轴向激光位移传感 器、第三轴向激光位移传感器，所述径向激光位移传感器包括第一径向激光位移传感器、第 二径向激光位移传感器、第三径向激光位移传感器；
[0006] 所述轴向激光位移传感器用于检测大型筒状结构件之间的轴向位置偏差值并将 检测结果传输给偏差检测单元；径向激光位移传感器用于检测大型筒状结构件之间的径向 位置偏差值并将检测结果传输给偏差检测单元。
[0007] 所述第一径向激光位移传感器、第二径向激光位移传感器、第三径向激光位移传 感器分布在以活动筒状结构件的中心轴线上的点为圆心的圆周上，且第二径向激光位移传 感器、第三径向激光位移传感器分布在所述圆周的一条直径的两端，第一径向激光位移传 感器到第二径向激光位移传感器、第三径向激光位移传感器两激光位移传感器的距离相 等。
[0008] 所述第一轴向激光位移传感器、第二轴向激光位移传感器、第三轴向激光位移传 感器均与分布在活动筒状结构件的筒壁圆周上，第一轴向激光位移传感器的激光穿过第一 通孔，第二轴向激光位移传感器的激光穿过第二通孔、第三轴向激光位移传感器的激光穿 过第三通孔。
[0009] 所述第一轴向激光位移传感器、第二轴向激光位移传感器、第三轴向激光位移传 感器中两两之间的圆心角为120°。
[0010]固定筒状结构件与活动筒状结构件之间的实际偏差值是由各个激光位移传感器 得到的实际测量值减去上位机中记录的相应的标定值得出的。
[0011] 所述固定筒状结构件与活动筒状结构件之间的实际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、横摆角度偏差值。
[0012] 所述第一径向激光位移传感器、第二径向激光位移传感器、第三径向激光位移传 感器、第一轴向激光位移传感器、第二轴向激光位移传感器、第三轴向激光位移传感器米用 的是型号为ILD1302的激光位移传感器。
[0013] 本发明利用激光位移传感器技术，实现自动检测大型筒状结构件间相对位置偏 差，实时给出检测结果，有效避免了原有人工操作方式的缺陷，提高了啊检测，使产品的性 能和技术水平上了一个新台阶，在大型结构件调姿对中、对接领域具有广泛的推广意义。
[0014] 下面结合附图对本发明的大型筒状结构件对中偏差检测系统及方法作进一步说 明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明大型筒状结构件对中偏差检测系统结构示意图；
[0016] 图2为活动筒状结构件的对中端面俯视图；
[0017] 图3为活动筒状结构件和固定筒状结构件对接局部剖面不意图；
[0018] 图4为固定筒状结构件的对中端面俯视图；
[0019] 图5为激光位移传感器零位标定示意图。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，本发明大型筒状结构件对中偏差检测系统包括上位机A、偏差检测单 元B、轴向激光位移传感器C1、径向激光位移传感器C2,上位机A的CAN接口与偏差检测单 元B之间通过CAN总线相连接，偏差检测单元B的信号输入端与激光位移传感器C的信号 输出端相连接，上述轴向激光位移传感器C1包括第一轴向激光位移传感器al、第二轴向激 光位移传感器a2、第三轴向激光位移传感器a3,上述径向激光位移传感器C2包括第一径向 激光位移传感器rl、第二径向激光位移传感器r2、第三径向激光位移传感器r3。
[0021] 轴向激光位移传感器Cl用于检测大型筒状结构件之间的轴向位置偏差值并将检 测结果传输给偏差检测单元B;径向激光位移传感器C2用于检测大型筒状结构件之间的径 向位置偏差值并将检测结果传输给偏差检测单元B ;偏差检测单元B将由激光位移传感器C 传输来的模拟信号检测结果处理转化成可在CAN总线上传输的数字信号，并将转化后的数 字信号上传给上位机A ;上位机A分析处理偏差检测单元B上传的数字信号，并根据预设的 计算方法计算出大型筒状结构件之间的相对偏差信息值。
[0022] 如图2、图3所示，固定筒状结构件G和活动筒状结构件Η的对中端头处都是圆形 法兰结构。在活动筒状结构件Η的法兰端头的突出边沿上开有第一通孔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均匀分布，三个通孔中任意两个通孔之 间相对于活动筒状结构件Η的圆心角均等于120°，在活动筒状结构件Η的筒壁上相应于 上述三个通孔处分别安装有第一轴向激光位移传感器al、第二轴向激光位移传感器a2、第 三轴向激光位移传感器a3,三个激光位移传感器的激光可以穿过上述三个通孔达到固定筒 状结构件G的对中端头上；第一径向激光位移传感器rl、第二径向激光位移传感器r2、第三 径向激光位移传感器r3通过支撑臂Z固定在活动筒状结构件Η的筒壁上，其中第二径向激 光位移传感器r2和第三径向激光位移传感器r3两个径向激光位移传感器分布在活动筒状 结构件Η的一外直径的两端，并且第一径向激光位移传感器rl到第二径向激光位移传感器 r2、第三径向激光位移传感器r3的距离相等，上述支撑臂Z为直角结构，第一端头固定在活 动筒状结构件Η的筒壁上，第二端端头上安装有径向激光位移传感器，第二端头所在边延 伸方向与活动筒状结构件Η的轴向平行，第二端头所在边的长度大于第一端头到活动筒状 结构件Η的对中端头的距离。
[0023] 如图4所示，固定筒状结构件G的对中端面为圆形，在端面上分布有第一轴向检测 点c 1、第二轴向检测点c2、第三轴向检测点c3，在固定筒状结构件G的圆周侧壁上分布有第 一径向检测点R1、第二径向检测点R2、第三径向检测点R3。
[0024] 其中第一轴向检测点cl、第二轴向检测点c2、第三轴向检测点c3均匀分布，三个 轴向检测点的相对位置关系与上述三个轴向激光位移传感器相对应；第一径向检测点R1、 第二径向检测点R2、第三径向检测点R3的相对位置关系与上述三个径向激光位移传感器 的相对位置相对应；第二径向检测点R2、第三径向检测点R3之间的水平距离是H，第一轴向 检测点cl、第二轴向检测点c2之间的垂直距离是D。
[0025] 如图5所不，图中包括活动筒状结构件H、标定板BD、第一轴向激光位移传感器al、 第一径向激光位移传感器rl，第一径向激光位移传感器rl通过支撑臂Z固定在活动筒状结 构Η上，标定板BD是具有两个直角拐角的标尺。实际应用中的标定方法为，第一径向激光 移位传感器rl发射激光直射到标定板DB上，检测到距离标定板BD的距离并记录为XlrO， 同样可以标定出第二径向激光位移传感器r2到标定板BD的距离并记录为X2r0,第三径向 激光位移传感器r3到标定板B的距离为X4r0 ;第一轴向激光移位传感器al发射激光通过 第一通孔B1直射到标定板BD上，检测到距离标定板BD的距离并记录为YlaO,同样标定出 第二轴向激光位移传感器a2到标定板BD的距离为Y2a0，第三轴向激光位移传感器a3到标 定板B的距离为Y4a0。
[0026] 分别将XlrO、X2rO、X4rO、YlaO、Y2aO、Y4aO记录为相应激光位移传感器的标定值， 存储在上位机中，当检测固定筒状结构件时，实际的测量值减去上位机中记录的相应的标 定值即得出活动筒状结构件Η与固定筒状结构件G之间的实际偏差值，计算公式如下：
[0027] Xlr = Xlr 测】-XlrO
[0028] X2r = X2r 测厂 X2r0
[0029] X4r = X4r _ _X4rO
[0030] Yla = Yla 测厂 YlaO
[0031] Y2a = Y2a_-Y2a0
[0032] Y4a = Y4a 测 _Y4aO
[0033] 其中Xl、为第一径向激光位移传感器rl测得到固定筒状结构件G的距离；
[0034] X2rM为第二径向激光位移传感器r2测得到固定筒状结构件G的距离；
[0035] X4r_为第三径向激光位移传感器r3测得到固定筒状结构件G的距离；
[0036] YlaM为第一轴向激光位移传感器al测得到固定筒状结构件G的距离；
[0037] Y2aM为第二轴向激光位移传感器a2测得到固定筒状结构件G的距离；
[0038] Y4a_为第三轴向激光位移传感器a3测得到固定筒状结构件G的距离；
[0039] Xlr、X2r、X4r、Yla、Y2a、Y4a分别是活动筒状结构件Η与固定筒状结构件G之间 的实际距离偏差。采用实际测量值减去预先标定值的方法有助于消除测量误差，提高检测 精度。
[0040] 根据以上结果可以计算出活动筒状结构件Η与固定筒状结构件G之间上下位置、 左右位置、俯仰角度、横摆角度四个自由度的相对偏差数据：
[0041] 上下位置=Xlr ;
[0042] 左右位置=(X2r_X4r)/2 ;
[0043] 横摆角度=arctan ((Y2a_Y4a)/Η);
[0044] 俯仰角度=arctan (((Y2a+Y4a)/2_Yla)/D)。
[0045] 上述实施例中采用的传感器为型号为ILD1302的激光位移传感器，给传感器的测 量范围从20mm至200mm可�。饬烤却�0· 04mm到0· 5mm可�。饬科德士纱�500Hz，输出 形式为4?20mA模拟量信号或485串口输出数字量，应用中可以根据需要选择合适测量范 围和测量精度的传感器。
[0046] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，包括上位机（A)、偏差检测单 兀（B)、轴向激光位移传感器（C1)、径向激光位移传感器（C2)，上位机（A)的CAN接口与偏 差检测单元（B)之间通过CAN总线相连接，偏差检测单元（B)的信号输入端与激光位移传 感器（C)的信号输出端相连接； 所述轴向激光位移传感器（C1)包括第一轴向激光位移传感器（al)、第二轴向激光位 移传感器（a2)、第三轴向激光位移传感器（a3)，所述径向激光位移传感器（C2)包括第一径 向激光位移传感器（rl)、第二径向激光位移传感器（r2)、第三径向激光位移传感器（r3); 所述轴向激光位移传感器（Cl)用于检测大型筒状结构件之间的轴向位置偏差值并将 检测结果传输给偏差检测单元（B);径向激光位移传感器C2用于检测大型筒状结构件之间 的径向位置偏差值并将检测结果传输给偏差检测单元（B)。
2. 根据权利要求1所述的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，所述第一 径向激光位移传感器（rl)、第二径向激光位移传感器（r2)、第三径向激光位移传感器（r3) 分布在以活动筒状结构件（Η)的中心轴线上的点为圆心的圆周上，且第二径向激光位移传 感器（r2)、第三径向激光位移传感器（r3)分布在所述圆周的一条直径的两端，第一径向激 光位移传感器（rl)到第二径向激光位移传感器（r2)、第三径向激光位移传感器（r3)两激 光位移传感器的距离相等。
3. 根据求利要求2所述的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，所述第一 轴向激光位移传感器（al)、第二轴向激光位移传感器（a2)、第三轴向激光位移传感器（a3) 均与分布在活动筒状结构件（Η)的筒壁圆周上，第一轴向激光位移传感器（al)的激光穿过 第一通孔（bl)，第二轴向激光位移传感器（a2)的激光穿过第二通孔（b2)、第三轴向激光位 移传感器（a3)的激光穿过第三通孔（b3)。
4. 根据求利要求3所述的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，所述第一 轴向激光位移传感器（al)、第二轴向激光位移传感器（a2)、第三轴向激光位移传感器（a3) 中两两之间的圆心角为120°。
5. 根据求利要求4所述的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，固定筒状 结构件（G)与活动筒状结构件（H)之间的实际偏差值是由各个激光位移传感器得到的实际 测量值减去上位机（A)中记录的相应的标定值得出的。
6. 根据求利要求5所述的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，所述固定 筒状结构件（G)与活动筒状结构件（H)之间的实际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、横摆角度偏差值。
7. 根据求利要求6所述的大型筒状结构件对中偏差检测系统，其特征在于，所述第 一径向激光位移传感器（rl)、第二径向激光位移传感器（r2)、第三径向激光位移传感器 (r3)、第一轴向激光位移传感器（al)、第二轴向激光位移传感器（a2)、第三轴向激光位移 传感器（a3)采用的是型号为ILD1302的激光位移传感器。
【文档编号】G01B11/02GK104089589SQ201410222295
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】郝欣伟, 刘懿敏, 安晨亮, 杨学军, 刘澍, 顾银芳, 郑国梁, 顾长明, 王真真, 苏娟, 李志超, 李文书 申请人:北京航天发射技术研究所, 中国运载火箭技术研究院
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