一种大型设备自动对中的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及控制方法，特别涉及一种大型设备自动对中的方法。
【背景技术】
[0002] 在航空航天等领域，常常需要将两个或多个大型设备进行姿态对中，使其姿态统 一，能够对接形成一个整体进行工作。例如，将铺设有长导轨的两台大型设备快速对接，使 两设备上的导轨共线，从而形成一段可供其它设备行走的连续的运行轨道，而两设备初始 的安放及运行存在较大的偏差，需要将其进行对中调整（称之为"直线对中"）。一般来说， 两个大型设备只需一个具备对中调整能力即可，为方便描述，我们将具备对中能力的设备 称为对中设备，另一设备称为目标设备。
[0003] 在传统的大型设备对中方法中，多采用手工测量偏差、人工摇动螺旋升降机实现 调整，该对中方法精度较低，多用于对中设备与目标设备均处于同一地面轨道，初始姿态偏 差较小且对对中时间要求不高的场合。
[0004] 专利"一种快速对中方法"在传统对中方法基础上发展而来，采用了自动测量与自 动对中，其特点是采用1组6个激光测距传感器，通过测量对接面处不同点的距离，解算获 得六自由度偏差，对中设备采用2个横移油缸、4个升降油缸实现对中姿态调整，具有对中 速度快的特点。由于其基于端面对中，所以该方法需要激光测距传感器安装面，主目标设备 感应面具有较大的特征尺寸，否则很难获得准确的角度偏差，另外，测距传感器安装精度及 其安装面、感应面的加工精度要求也较高，需要特殊保证。
[0005] 论文《基于激光跟踪定位的部件对接柔性装配技术》（梅中义，北京航空航天大学 学报Vol35No. 1，2009年1月）介绍了一种自动对中方法，用于大型飞机部段数字化自动 装配领域，其特点是在需要对接的飞机部段上设置若干定位基准点，并安装光学目标反射 器，通过激光跟踪仪测量飞机部件上的光学目标点位置，获得定位基准点位置信息，该信息 与产品数据集下达的飞机部件模型经由数据处理模块对比后，将计算数据传给运动控制部 分，从而驱动各部段下方的柔性定位工装工作站调整飞机部件的位姿，直到定位基准点到 达公差范围内的目标位置上，其中柔性定位工装工作站由多个不同位置的柔性定位工装 组成，实现飞机部段的复合运动。此方法适合对具有复杂外形与接口的设备或部段进行对 中，但需依托详尽、准确的数字化设计模型，且对产品生产状态与设计状态的一致性要求很 高，对于外形尺寸不一、加工装配精度较低的大型设备，该方法难以适用。
[0006] 另外，论文《六自由度船台合拢自动对中系统》（付全等，液压气动与密封， 2004(3) :13-15)介绍了一种舰船分段与基准总段拼装技术；论文《大型法兰位置自动对中 系统分析》（乌建中等，机电一体化，2008(12) :83-86)介绍了一种海上风力发电机组大型 法兰定位安装方法。以上三种方法均应用于工艺总装配环节，对中设备的准备工作相对较 多，自动对中技术指标偏重于精度要求，对时间要求相对宽松，且舰船拼装采用的船台合拢 自动对中系统需人工输入初始姿态信息，大型法兰安装所采用的液压自动对中系统适用于 对中设备呈空间自由状态的竖向对中，均不适用于两个超长产品的快速对中。
[0007] 综上所述，实现大型设备对中的控制目前还未有成熟技术出现。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是克服传统技术的不足，突破现有自动对中方法的条件限制，提供 一种可以通过闭环控制系统实现两个或多个超长产品相对位姿的快速对中，原理简单，配 套设备少，易于实现全程无需人工干预，对中效率高的大型设备自动对中的方法。
[0009] 为达上述目的，本发明提供的一种大型设备自动对中的方法，该方法设置测量系 统、控制系统和调整装置，所述测量系统设有观测仪，所述控制系统设有位置传感器，所述 调整装置分为前、后2个，分别设有2套升降机构和1套横移机构，该方法包括如下步骤：
[0010] 步骤1，对中设备与目标设备就位，准备对中；
[0011] 步骤2,启动所述测量系统，偏差测量数据输入所述控制系统；
[0012] 步骤3,所述控制系统提取滚转偏差数据，判断是否需要滚转调整，确认需进行调 整后，所述控制系统计算调整量并驱动所述调整装置完成滚转调整动作，根据位置传感器 反馈的调整到位信号向所述测量系统发出下一次测量指令，直至满足滚转判据为止；
[0013] 步骤4,所述控制系统提取横摆、俯仰偏差数据，判断是否需要横摆、俯仰调整，确 认需进行调整后，所述控制系统计算调整量并驱动所述调整装置完成横摆、俯仰调整动作， 根据位置传感器反馈的调整到位信号向所述测量系统发出下一次测量指令，直至满足横 摆、俯仰判据为止；
[0014] 步骤5,控制系统提取横移、升降偏差数据，判断是否需要横移、升降调整，确认需 进行调整后，控制系统计算调整量并驱动调整装置完成横移、升降调整动作，根据位置传 感器反馈的调整到位信号向所述测量系统发出下一次测量指令，直至满足横移、升降判据 为止；
[0015] 步骤6,对中完成，对中设备行进，与目标设备对接锁定，对接完毕。
[0016] 本发明提供的一种大型设备自动对中的方法，其中所述步骤3进一步包括：所述 控制系统将滚转偏差数据与滚转判据比较，滚转判据为：Ar= |Pl-qi|彡[Ar]，其中Pl、qi 为前靶标竖向刻度值，Ar为滚转偏差实际观测值，[Ar]为允许的滚转偏差量，如果需要
a为靶标宽度，B为升降机左右间距，Hn、H12、H21、H22分别为前左、前右、后左、后右升降机构 的调整量。
[0017] 本发明提供的一种大型设备自动对中的方法，其中所述步骤4进一步包 括：所述控制系统将横摆、俯仰偏差数据分别对应与横摆、俯仰判据比较，横摆判据为
叫为前靶标横向刻度值，m2、n2S后靶标横向刻度值，Pl、(^为前靶标竖向刻度值，p2、 %为后靶标竖向刻度值，As为横摆偏差实际观测值，[As]为允许的横摆偏差量，At 为俯仰偏差实际观测值，[At]为允许的俯仰偏差量，如果需要横摆、俯仰调整，所述调
S为前后横移或者升降机构间距，L1(]、L2。分别为前、后横移机构的调整量，正值表示伸出，负 值表示缩回。
[0018] 本发明提供的一种大型设备自动对中的方法，其中所述步骤5进一步包 括：所述控制系统将横移、升降偏差数据分别对应与横移、升降判据比较，横移判据为
为前靶标竖向刻度值，U为横移偏差实际观测值，[U]为允许的横移偏差量，V为升降偏差 实际观测值，[V]为允许的升降偏差量；如果需要横摆、俯仰调整，所述调整装置的调整量
其中正值表示伸出，负值表示缩回。
[0019] 本发明一种大型设备自动对中的方法的优点是：由于设置了测量系统、控制系统 和调整装置，采用"直线对中"的方法，解决端面较小的大型设备采用"端面对中"时测量误 差较大的问题。本方法原理简单，配套设备少，更容易实现，从偏差测量、识别、解算、执行、 控制及反馈各环节均自动执行，全程无需人工干预，具有较高的对中效率。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明大型设备自动对中的方法中偏差测量的原理图；
[0021] 图2为本发明大型设备自动对中的方法中偏差测量的安装示意图；
[0022] 图3为本发明大型设备自动对中的方法中对中设备的安装示意图；
[0023] 图4为图3的俯视图；
[0024] 图5为本发明大型设备自动对中的方法的流程图；
[0025] 图6为自动对中过程靶标成像的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图详细说明本发明一种大型设备自动对中的方法的实施例。
[0027] 如图1至图4所示，本发明提供的一种大型设备自动对中的方法，应用自动对中技 术，包括测量系统30、控制系统40和调整装置，使对中设备2具备偏差测量能力及多自由 度调整、控制能力，从而完成与目标设备1的姿态测量与对中调整。
[0028] 测量系统30包括观测仪4、前后靶标5、6。两个靶标安装在目标设备1上，其中心 连线代表目标设备1的特征姿态。观测仪4安装在对中设备2上，通过视线标定装置校准 使观测仪视线代表对中设备2的特征姿态。
[0029] 视线标定装置通过观测仪4对前、后靶标5、6拍照、进行图像识别、解算得到对中 设备2与目标设备1存在的位姿偏差，将偏差信息传入控制系统40。
[0030] 调整装置分为前、后2个，分别包括2套升降机构9-12、1套横移机构7、8。控制系 统40根据预置的公式进行解算，得到调整装置需完成的调整量，驱动调整装置的执行机构 进行调整对中：包括由4路升降机构9-12进行左、右差动完成滚转调整；由前、后横移机构 7、8差动完成横摆调整；由4路升降机构9-12进行前、后差动完成俯仰调整；由前、后横移 机构7、8同步动作完成横移调整；由4路升降机构9-12同步动作完成升降调整。
[0031] 由于对中需完成5个自由度调整，故可有多种不同的调整顺序，进而对应不同的 对中效率。因此，需确定合理的对中调整顺序，以实现对中时间最小化。遵循先角度调整， 后平移调整的顺序，避免反复；同时由于滚转调整与俯仰调整共用一套调整机构，无法同时 进行调整，因此将整个对中调整过程分为三大步骤，分别为调滚转，调平行（横摆与俯仰）、 调共线（横移与升降）。由于滚转调整后靶标成像更有利于识别与解算，因此，将调整顺序 定为首先调