CN104842219B - 一种卫星结构平台多工序集约式修配***与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星结构平台多工序集约式修配***与方法，该***包括三坐标数控落地铣床，激光扫描测头，激光跟踪仪主机及控制器，锁紧固连装置，可调节升降平台，工控计算机及测量数据处理软件。所述激光跟踪仪主机放置在所述可调节升降平台的上方，所述锁紧固连装置包括四爪单动卡盘、直角连接板、数控刀柄，所述四爪单动卡盘的卡盘体背部设计有螺纹孔，所述直角连接板的竖板设计有相应尺寸的通孔，二者通过螺钉连接；所述直角连接板的横板上设计有圆柱状接头，装夹在数控刀柄的夹头内。本发明能够有效实现卫星结构平台装配过程中多工序的集约化，降低重定位误差提高加工效率，能够满足卫星结构平台的制造精度和质量要求。

Description

一种卫星结构平台多工序集约式修配***与方法
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，具体地，涉及一种卫星结构平台多工序集约式修配***与方法。
背景技术
卫星结构平台是支撑卫星中有效载荷以及其他分***的骨架。卫星结构平台把有效载荷和各分***连接成一个整体，为其提供一个能够满足精度要求的稳定安装平台。卫星结构平台通常由底板、服务舱组件、顶板、天线安装台组件等构件按照层次关系层层装配而成，其制造精度直接影响着有效载荷的指向精度。
卫星结构平台制造过程中涉及大量部组件装配。采用传统的卫星结构平台装配方式时，需要将主体结构移位至三坐标测量仪进行关键安装配合面的精度测量，必要时还要将主体结构多次拆解从而将局部结构移位至数控铣床进行加工修调。精度测量与加工修调反复多次进行，工序分散，辅助时间长，移位与装夹重定位误差大，装配效率低、装配精度不容易保证。
鉴于传统方法存在的缺点，本发明创新设计了一种应用于卫星结构平台的“卫星结构平台多工序集约式修配***与方法”，有效地实现了卫星结构平台的装配、测量、修调工序的集约化，减少了移位与装夹重定位误差，提高了加工效率，能够满足卫星结构平台的制造精度和质量要求。
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卫星结构平台卫星结构平台多工序集约式修配***与方法，解决了卫星结构平台装配过程中存在的精度测量与加工修调反复多次进行、辅助时间长、移位与装夹重定位误差大等问题，适用于卫星结构平台的装配制造过程。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种卫星结构平台多工序集约式修配***，包括：三坐标数控落地铣床，激光扫描测头，激光跟踪仪主机及控制器，锁紧固连装置，可调节升降平台，工控计算机及测量数据处理软件所述激光跟踪仪主机放置在所述可调节升降平台的上方，调节可调节升降平台的高度及位置，确保激光扫描测头上与激光跟踪仪主机配合使用的反射镜在测量范围内与激光跟踪仪主机的反射镜之间不存在遮挡的情况，即确保在测量过程中光路不被阻断，所述锁紧固连装置包括四爪单动卡盘、直角连接板、数控刀柄，所述四爪单动卡盘的卡盘体背部设计有螺纹孔，所述直角连接板的竖板设计有相应尺寸的通孔，二者通过螺钉连接；所述直角连接板的横板上设计有圆柱状接头，装夹在数控刀柄的夹头内，所述激光扫描测头的手柄安装于四爪单动卡盘内；所述数控刀柄安装于所述三坐标数控落地铣床主轴的锥孔内，所述三坐标数控落地铣床上设有数个电缆固定支架和1个电源插座，方便扫描激光测头电线的走线和接插电，所述激光跟踪仪主机、控制器和工控计算机依次相连。
其中，所述直角连接板采用整体加工的方式成形，材料优选牌号为7A04超硬铝合金，并整体进行表面冷硬阳极化处理，形成30～40微米厚度的氧化膜层。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种卫星结构平台多工序集约式修配方法，包括以下步骤：
步骤1：建立卫星结构平台多工序集约修配***；
步骤2：将底板吊装至集成修配设备的铣床工作台面上；
步骤3：将服务舱组件安装至底板上相应位置；
步骤4：通过随修配设备主轴移动的激光扫描测头对由多个服务舱组件的上表面构成的组合安装面进行快速的非接触式测量；
步骤5：根据测量数据处理结果，计算组合面平面度误差；
步骤6：计算修调余量，设置加工工艺参数，实施修调；
步骤7：重复进行步骤4-5，若组合面平面度误差满足设计要求，则进行下一步骤，若不满足，则重复进行步骤6-7；
步骤8：将顶板安装至服务舱上相应位置；
步骤9：通过随修配设备主轴移动的激光扫描测头对分布于顶板上用于安装载荷的组合面阵进行测量；
步骤10：重复进行步骤5-7；
步骤11：将天线安装台安装至顶板上相应位置。
其中，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤1.1：将激光扫描测头的手柄安放到锁紧固连装置的卡爪内，调整激光扫描测头的激光束发射窗口的方位，使其与大地水平面平行；用扳手分别扳动四爪单动卡盘的小伞齿，驱动卡爪夹紧激光扫描测头的手柄；
步骤1.2：将数控刀柄装夹于铣床主轴的锥孔内，实现激光扫描测头与铣床主轴的可靠连接；
步骤1.3：将激光扫描测头手柄末端的电线沿着铣床上所设的电缆固定支架的方向走线并固定，将插头插进插座内；
步骤1.4：将激光跟踪仪主机及控制器实施接线和接插电源；将激光跟踪仪主机安放于可调节升降平台上；调节可调节升降平台的高度及位置，确保激光扫描测头上与激光跟踪仪主机配合使用的反射镜在测量范围内与激光跟踪仪主机的反射镜之间不存在遮挡的情况，即确保在测量过程中光路不被阻断。
其中，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1：根据待测对象的形状特征，进行测量区域划分和测量路径规划；
步骤4.2：根据规划的测量路径，编制数控程序，驱动数控铣床主轴携带激光扫描测头移动，激光扫描测头的激光发射窗口发射激光束，对待测对象进行扫描测量；
步骤4.3：激光跟踪仪主机配套的控制器通过数据接口将测量数据实时导入到工控计算机上的测量数据处理软件中，应用软件对测量得到的点云数据进行对齐、去噪、修复、精简和分块等数据处理，最后对被测对象进行面型重构。
其中，所述步骤6具体包括如下步骤：
步骤6.1：根据平面度误差，计算修调余量，确定加工工艺参数；
步骤6.2：编制修调工序的数控程序；卸载主轴上安装的激光扫描测头锁紧固连装置，安装上数控加工用刀具，实施组合安装面平面度修调。
所述激光跟踪仪主机安放于可调节升降平台上；。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明提出的卫星结构平台多工序集约式修配***与方法，能够在同一台设备上实现卫星结构平台装配过程中的非接触式快速测量与修调工序，大大减小移位与装夹重定位带来的误差，使得装配精度更容易保证；本发明能够实现卫星结构平台装配过程中装配、测量、修调工序的集约，大大减少辅助时间，提高卫星结构平台制造效率；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为本发明一种卫星结构平台多工序集约式修配***工作状态下的整体结构示意图；
图2为本发明一种卫星结构平台多工序集约式修配***的右侧示意图；
图3为本发明一种卫星结构平台多工序集约式修配***的锁紧固连装置结构示意图。
图4为本发明一种卫星结构平台多工序集约式修配方法的步骤流程图。
图中：1-三坐标数控落地铣床，2-锁紧固连装置，3-激光扫描测头，4-激光跟踪仪主机，5-可调节升降平台，6-卫星结构平台，7-待测量的组合安装面，8-激光扫描测头的电线，9-铣床立柱上新增的电源插座，10-激光扫描测头发射的激光束，11-电缆固定支架，12-铣床工作台面，13-激光跟踪仪控制器，14-工控计算机，15-直角连接板，16-四爪单动卡盘，17-数控刀柄，18-竖板，19-横板，20--圆柱状接头，21-螺钉。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-3所示，本发明实施例提供了一种卫星结构平台多工序集约式修配***，包括：三坐标数控落地铣床1，激光扫描测头3，激光跟踪仪主机4及控制器13，锁紧固连装置2，可调节升降平台5，工控计算机14及测量数据处理软件所述激光跟踪仪主机4放置在所述可调节升降平台5的上方，调节可调节升降平台的高度及位置，确保激光扫描测头上与激光跟踪仪主机配合使用的反射镜在测量范围内与激光跟踪仪主机的反射镜之间不存在遮挡的情况，即确保在测量过程中光路不被阻断，所述锁紧固连装置2包括四爪单动卡盘16、直角连接板15、数控刀柄17，所述四爪单动卡盘16的卡盘体背部设计有螺纹孔，所述直角连接板15的竖板18设计有相应尺寸的通孔，二者通过螺钉21连接；所述直角连接板15的横板19上设计有圆柱状接头20，装夹在数控刀柄17的夹头内，所述激光扫描测头3的手柄安装于四爪单动卡盘16内；所述数控刀柄17安装于所述三坐标数控落地铣床1主轴的锥孔内，所述三坐标数控落地铣床1上设有数个电缆固定支架11和1个电源插座9，方便扫描激光测头电线的走线和接插电，所述激光跟踪仪主机4、控制器13和工控计算机14依次相连。
如图4所示，本发明实施例还提供了一种卫星结构平台多工序集约式修配方法，包括如下步骤：
步骤1：建立卫星结构平台多工序集约修配***。
将激光扫描测头3的手柄安放到锁紧固连装置2的卡爪内，调整激光扫描测头3的激光束发射窗口的方位，使其与大地水平面平行；用扳手分别扳动四爪单动卡盘16的小伞齿，驱动卡爪夹紧激光扫描测头3的手柄；将数控刀柄17装夹于铣床主轴的锥孔内，实现激光扫描测头3与铣床主轴的可靠连接；将激光扫描测头3手柄末端的电线沿着铣床上所设的电缆固定支架11的方向走线并固定，将插头插进插座9内。将激光跟踪仪主机4及控制器13实施接线和接插电源；将激光跟踪仪主机4安放于可调节升降平台5上；调节可调节升降平台5的高度及位置，确保激光扫描测头3上与激光跟踪仪主机4配合使用的反射镜在测量范围内与激光跟踪仪主机4的反射镜之间不存在遮挡的情况，即确保在测量过程中光路不被阻断。
步骤2：将底板吊装至集成修配设备的铣床工作台面12上；
步骤3：将服务舱组件安装至底板上相应位置；
步骤4：由跟随修配设备主轴移动的激光扫描测头3对由多个服务舱组件的上表面构成的组合安装面进行快速的非接触式测量；
根据待测对象的形状特征，进行测量区域划分和测量路径规划；根据规划的测量路径，编制数控程序，驱动数控铣床主轴携带激光扫描测头3移动，激光扫描测头3的激光发射窗口发射激光束，对待测对象进行扫描测量；激光跟踪仪主机4配套的控制器通过数据接口将测量数据实时导入到工控计算机上的测量数据处理软件中，应用软件对测量得到的点云数据进行对齐、去噪、修复、精简和分块等数据处理，最后对被测对象进行面型重构。
步骤5：根据测量数据处理结果，计算组合面平面度误差；
步骤6：计算修调余量，设置加工工艺参数，实施修调。
根据平面度误差，计算修调余量，确定加工工艺参数；编制修调工序的数控程序；卸载主轴上安装的激光扫描测头3锁紧固连装置2，安装上数控加工用刀具，实施组合安装面平面度修调。
步骤7：重复进行步骤4-5，若组合面平面度误差满足设计要求，则进行下一步骤，若不满足，则重复进行步骤6-7；
步骤8：将顶板安装至服务舱上相应位置；
步骤9：由跟随修配设备主轴移动的激光扫描测头对分布于顶板上用于安装载荷的组合面阵进行测量；
步骤10：重复进行步骤5-7；
步骤11：将天线安装台安装至顶板上相应位置。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种卫星结构平台多工序集约式修配***，其特征在于，包括：三坐标数控落地铣床，激光扫描测头，激光跟踪仪主机及控制器，锁紧固连装置，可调节升降平台，工控计算机及测量数据处理软件，所述激光跟踪仪主机放置在所述可调节升降平台的上方，所述锁紧固连装置包括四爪单动卡盘、直角连接板、数控刀柄，所述四爪单动卡盘的卡盘体背部设计有螺纹孔，所述直角连接板的竖板设计有相应尺寸的通孔，二者通过螺钉连接；所述直角连接板的横板上设计有圆柱状接头，装夹在数控刀柄的夹头内，所述激光扫描测头的手柄安装于四爪单动卡盘内；所述数控刀柄安装于所述三坐标数控落地铣床主轴的锥孔内，所述三坐标数控落地铣床上设有数个电缆固定支架和1个电源插座，所述激光跟踪仪主机、控制器和工控计算机依次相连。
2.根据权利要求1所述的卫星结构平台多工序集约式修配***，其特征在于，所述直角连接板(15)采用整体加工的方式成形，材料选用牌号为7A04超硬铝合金，并整体进行表面冷硬阳极化处理，形成30～40微米厚度的氧化膜层。
3.一种采用权利要求1所述的卫星结构平台多工序集约式修配***的卫星结构平台多工序集约式修配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立卫星结构平台多工序集约式修配***；
步骤2：将底板吊装至集约式修配***的三坐标数控落地铣床工作台面上；
步骤3：将服务舱组件安装至底板上相应位置；
步骤4：通过随三坐标数控落地铣床主轴移动的激光扫描测头对由多个服务舱组件的上表面构成的组合安装面进行快速的非接触式测量；
步骤5：根据测量数据处理结果，计算组合安装面平面度误差；
步骤6：计算修调余量，设置加工工艺参数，实施修调；
步骤7：重复进行步骤4-5，若组合安装面平面度误差满足设计要求，则进行下一步骤，若不满足，则重复进行步骤6-7；
步骤8：将顶板安装至服务舱组件上相应位置；
步骤9：通过随三坐标数控落地铣床主轴移动的激光扫描测头对分布于顶板上用于安装载荷的组合安装面阵进行测量；
步骤10：重复进行步骤5-7；
步骤11：将天线安装台安装至顶板上相应位置。
4.根据权利要求3所述的卫星结构平台多工序集约式修配方法，其特征在于，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤1.1：将激光扫描测头的手柄安放到锁紧固连装置的四爪单动卡盘的卡爪内，调整激光扫描测头的激光束发射窗口的方位，使其与大地水平面平行；用扳手分别扳动四爪单动卡盘的小伞齿，驱动卡爪夹紧激光扫描测头的手柄；
步骤1.2：将数控刀柄装夹于三坐标数控落地铣床主轴的锥孔内，实现激光扫描测头与三坐标数控落地铣床主轴的可靠连接；
步骤1.3：将激光扫描测头手柄末端的电线沿着三坐标数控落地铣床上所设的电缆固定支架的方向走线并固定，将插头插进电源插座内；
步骤1.4：将激光跟踪仪主机及控制器实施接线和接插电源；将激光跟踪仪主机安放于可调节升降平台上；调节可调节升降平台的高度及位置，确保激光扫描测头上与激光跟踪仪主机配合使用的反射镜在测量范围内与激光跟踪仪主机的反射镜之间不存在遮挡的情况，即确保在测量过程中光路不被阻断。
5.根据权利要求3所述的卫星结构平台多工序集约式修配方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下步骤：
步骤4.1：根据待测对象的形状特征，进行测量区域划分和测量路径规划；
步骤4.2：根据规划的测量路径，编制数控程序，驱动三坐标数控落地铣床主轴携带激光扫描测头移动，激光扫描测头的激光发射窗口发射激光束，对待测对象进行扫描测量；
步骤4.3：激光跟踪仪主机配套的控制器通过数据接口将测量数据实时导入到工控计算机上的测量数据处理软件中，应用数据处理软件对测量得到的点云数据进行对齐、去噪、修复、精简和分块的数据处理，最后对被测对象进行面型重构。
6.根据权利要求3所述的卫星结构平台多工序集约式修配方法，其特征在于，所述步骤6具体包括如下步骤：
步骤6.1：根据组合安装面平面度误差，计算修调余量，确定加工工艺参数；
步骤6.2：编制修调工序的数控程序；卸载主轴上安装的激光扫描测头和锁紧固连装置，安装上数控加工用刀具，实施组合安装面平面度修调。
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