一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法
【专利摘要】一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法，(1)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型，并在结构板上标识出有效载荷支座安装孔理论位置；(2)对天线塔体结构进行实物装配；(3)用激光跟踪仪或者激光雷达测量实物装配后结构板上预埋铝块的实际位置；(4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(1)绘制的理论三维模型上绘制实际预埋铝块的位置；(5)计算钻头按照理论位置在预埋铝块上加工安装孔时，钻头边缘距离与实际预埋铝块边缘的最小距离，判断该最小距离是否满足实际钻孔及安装需要，若满足，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3)—(5)。
【专利说明】一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复杂结构形式产品尤其是多面体复合角度形式的产品装配技术，应用于使用传统的位姿测量方法无法判断产品姿态的情况，通过使用该技术可以方便地辅助技术人员对产品的装调位姿进行全面精确的分析判断，提高装配的可靠性，应用前景广阔。
【背景技术】
[0002]虚拟装配技术作为一个新兴的研究领域，与多种技术相融合，它的发展与产品设计方法学，可视化技术，仿真技术，装配和制造技术，以及装配和制造设备的发展紧密相关。利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早发现装配中的问题。通常情况下，产品图纸到达工厂前，设计人员已经完成了零部件的虚拟装配，但这种装配仿真侧重于产品外形之间是否会存在干涉等问题。由于设计人员考虑的装配工艺流程和方法较少，因此，在实际的装配过程中，如果遇到产品外形不规则，精度要求高的情况，就需要工艺人员自己进行装配模拟，对装配过程中出现的情况和如何进行调整在计算机上进行分析仿真。
【发明内容】
[0003]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法。
[0004]本发明的技术解决方案是:一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法，所述的天线塔体结构包括一个由三个固定面构成的结构板、一个由两个固定面构成的结构板，该两个结构板装配形成一个五面塔体支撑板，塔体支撑板上安装一块顶板，结构板上加工有精测孔；步骤如下:
[0005](I)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型，并在结构板上标识出精测孔位置和有效载荷支座安装孔理论位置；
[0006](2)对天线塔体结构进行实物装配；
[0007](3)对实物装配后的所有精测孔及其所在结构板面进行测量，即在精测孔位置安装测量仪器的测量工装，利用测量仪器测量精测孔的实际位置；所述的测量仪器采用激光跟踪仪或者激光雷达；
[0008](4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(I)绘制的理论三维模型上绘制实际精测孔的位置，并根据同一结构板上任意三个精测孔的坐标绘制结构板的实际位置；
[0009](5)根据步骤(4)显示的理论与实际的位置差异，判断实物装配后的天线支撑板的五个面与理论位置的差异是否在预设的误差范围内，若在误差范围内，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3) —(5)。
[0010]一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法，所述的天线塔体结构包括一个由三个固定面构成的结构板、一个由两个固定面构成的结构板，该两个结构板装配形成一个五面塔体支撑板，塔体支撑板上安装一块顶板，结构板上有效载荷安装位置预埋铝块；步骤如下:
[0011](I)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型，并在结构板上标识出有效载荷支座安装孔理论位置；
[0012](2)对天线塔体结构进行实物装配；
[0013](3)用激光跟踪仪或者激光雷达测量实物装配后结构板上预埋铝块的实际位置；
[0014](4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(I)绘制的理论三维模型上绘制实际预埋铝块的位置；
[0015](5)计算钻头按照理论位置在预埋铝块上加工安装孔时，钻头边缘距离与实际预埋铝块边缘的最小距离，判断该最小距离是否满足实际钻孔及安装需要，若满足，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3) — (5)。
[0016]本发明与现有技术相比有益效果为:
[0017]本发明所用到的现场可视化虚拟装配技术，在我国某型号卫星天线塔体结构装配时得以成功应用。由于该产品为多面塔式结构，具有不规则特性，传统的仅靠激光跟踪仪，激光雷达等测量设备得出点，线，面的位置或角度后就能指导装调的方法已无法满足需要。工艺人员仅凭结构板上的一些孔坐标，只能获知结构面板的角度和参考位置，无法判断当前的装配位置能否满足有效载荷支座或其它有效载荷的安装到位。这是因为塔体结构板在有效载荷支座的安装位置处一般采用预埋件或后埋件形式，需要在塔体装配完成后进行组合机加，并且加工位置要求高，加工余量小。塔体装配过程中提供的精测数据无法判断是否能满足加工需要或在加工完成后能否能成功装调出有效载荷。现场可视化虚拟装配技术运用虚拟装配的原理采用现场测量、现场模拟仿真并指导装配的方法，确保装配精度满足要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明所应用的天线塔体结构；
[0019]图2为有效载荷安装在天线塔上的示意图；
[0020]图3为理论塔体建模示意图；
[0021]图4为后埋结构形式结构板装调示意图；
[0022]图5为预埋结构形式结构板装调示意图。
【具体实施方式】
[0023]在对我国某型号卫星天线塔体结构(如附图1a)的结构装配中，利用本发明能够很好地保证产品装配的精度。天线塔体结构包括一个由三个固定面构成的结构板(如图1b所示)、一个由两个固定面构成的结构板(如图1c所示)，该两个结构板装配形成一个五面塔体支撑板，塔体支撑板上安装一块顶板，
[0024]附图2所示为在塔体上装配的有效载荷支座，装调天线塔体结构的最终目的是保证有效载荷支座的安装精度。
[0025]以下介绍这一技术在实际装配中的运用，具体分为结构板上的有效载荷支座安装处埋件采用预埋件形式和后埋件形式两种情况。
[0026]1.有效载荷支座安装处采用后埋件形式的情况
[0027]装配开始前，分析产品特点，认为整个装调过程能否顺利完成的基础是必须保证附图1b和附图1c所示的两块结构板装配到位，并且这两块结构板的装配也十分适合运用本发明可视化虚拟装配技术。具体步骤如下:
[0028](I)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型(因为本发明顶板的安装是在塔体支撑板安装完成后安装，不需要对其位置进行调试，此处所给模型简化了顶板的安装)，并在结构板上标识出精测孔位置2和有效载荷支座安装孔理论位置1，如图3所示；
[0029]精测孔位置是结构板成形固化过程中的预埋孔位置，一般为4个，有效载荷支座安装位置处采用后埋件形式，在装配完塔体后再进行机加打孔并埋后埋件，所以尽管该处装配精度要求控制很严格，但是装调塔体时却没有可以精测的实际位置，只能作出理论模型。
[0030](2)对天线塔体结构进行实物装配；
[0031](3)对实物装配后的所有精测孔及其所在结构板面进行测量，即在精测孔位置安装测量仪器的测量工装，利用测量仪器测量精测孔的实际位置；所述的测量仪器采用激光跟踪仪或者激光雷达；
[0032](4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(I)绘制的理论三维模型上绘制实际精测孔的位置，并根据其中三个精测孔的实际坐标绘制结构板的实际位置，如图4所示；11_实际结构板在理论结构板以外区域、12-实际面板在理论面板以里区域、13-精测孔实际位置、14-精测孔理论位置。
[0033](5)根据步骤(4)显示的理论与实际的位置差异，判断实物装配后的天线支撑板的五个面与理论位置的差异是否在预设的误差范围内，若在误差范围内，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3) —(5)。
[0034]附图4所示14中标记点为精测孔的理论位置，13中标记点为实际测量出的精测孔位置。根据三维模型示图，可以看出实际孔位和理论孔位的偏差，实际孔在理论孔的右上方，运用软件可以方便地测量出它们之间的偏差量。由于装配过程中关心的是有效载荷支座安装处的精度，因此，精测孔的位置偏差并不是关心的重点，它的作用主要是根据13点可确定一个平面的原理在计算机上作出实际结构板的位置，如图4所示。为了便于观察实际结构板与理论结构板的偏差，绘制了所关心的有效载荷支座安装位置这一小区域内的实际结构板。由图可以非常清楚地看出实际结构板的上部分(附图4中11所指区域)位于理论结构板之外，而下部分(附图4中12所指区域)则位于理论结构板以里，说明实际结构板部分嵌入了理论结构板里面。根据图3中已经绘制的有效载荷支座理论安装位置孔位，可以很容易地测量出在这些位置理论面与实际面的距离，并且直观地判断出理论面与实际面的里外关系，相互交错的情况，以此来指导装调。当经过几次位置调整，最终在计算机上测量出有效载荷支座安装位置处的实际结构板与理论结构板的里外关系以及距离满足后续支座组合加工的加工余量要求时，即可认为5个面的内外调节和俯仰角度满足要求；再参考精测孔位置的位置度满足要求后即说明结构板平移量合适，结构板装调完毕，可确保进行后续的加工和装配。
[0035]2.有效载荷支座安装处采用预埋件形式的情况
[0036]当有效载荷支座安装处采用预埋铝块，待装配完毕后加工安装孔的形式时，现场可视化虚拟装配技术同样显得十分重要。附图5为此种情况时的装配仿真情况。
[0037](I)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型，并在结构板上标识出有效载荷支座安装孔理论位置；
[0038](2)对天线塔体结构进行实物装配；
[0039](3)用激光跟踪仪或者激光雷达测量实物装配后结构板上预埋铝块的实际位置；
[0040](4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(I)绘制的理论三维模型上绘制实际预埋铝块的位置；
[0041](5)计算转头按照理论位置在预埋铝块上加工安装孔时，转头边缘距离与实际预埋铝块边缘的最小距离，判断该最小距离是否满足实际钻孔及安装需要，若满足，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3) — (5)。
[0042]理论铝埋件以及组合加工时的加工钻头模型如图5所示。由图5中可以看出目前装调的实际铝埋件(附图5中25所指处)位置位于理论铝埋件(附图5中21所指处)的下方并且存在一定角度的向下转动，凸出与理论埋件之外，具体的偏差数值可在三维模型中进行测量。由于在后续组合加工中将在实际铝埋件上按照理论坐标加工钢丝螺套安装底孔，因此需要分析钻孔位置。由图5中的钻头位置23可以清楚看出钻头加工完实际铝埋件后会存在偏差，不能保证在实际埋件的中心钻孔，这是装调中必然存在的现象，也是不可避免的。此时就需要运用模拟软件测量出钻头边缘距离实际埋件边缘的最大距离(如附图5中24所指距离)和最小距离(如附图5中22所指距离)，分析最小距离是否可以满足钻孔以及后续安装钢丝螺套的需要。当经过几次装调后，运用现场可视化模拟装配技术确认实际铝埋件位置能够满足后续加工需要时即可认为结构板装调合适。
[0043]本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。
【权利要求】
1.一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法，所述的天线塔体结构包括一个由三个固定面构成的结构板、一个由两个固定面构成的结构板，该两个结构板装配形成一个五面塔体支撑板，塔体支撑板上安装一块顶板，结构板上加工有精测孔；其特征在于步骤如下: (1)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型，并在结构板上标识出精测孔位置和有效载荷支座安装孔理论位置； (2)对天线塔体结构进行实物装配； (3)对实物装配后的所有精测孔及其所在结构板面进行测量，即在精测孔位置安装测量仪器的测量工装，利用测量仪器测量精测孔的实际位置；所述的测量仪器采用激光跟踪仪或者激光雷达； (4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(I)绘制的理论三维模型上绘制实际精测孔的位置，并根据同一结构板上任意三个精测孔的坐标绘制结构板的实际位置； (5)根据步骤(4)显示的理论与实际的位置差异，判断实物装配后的天线支撑板的五个面与理论位置的差异是否在预设的误差范围内，若在误差范围内，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3) —(5)。
2.一种基于现场可视化的天线塔体结构虚拟装配方法，所述的天线塔体结构包括一个由三个固定面构成的结构板、一个由两个固定面构成的结构板，该两个结构板装配形成一个五面塔体支撑板，塔体支撑板上安装一块顶板，结构板上有效载荷安装位置预埋铝块；其特征在于步骤如下: (1)根据天线塔体结构设计图纸要求，绘制天线塔体结构装配到位后的理论三维模型，并在结构板上标识出有效载荷支座安装孔理论位置； (2)对天线塔体结构进行实物装配； (3)用激光跟踪仪或者激光雷达测量实物装配后结构板上预埋铝块的实际位置； (4)根据步骤(3)的测量结果，在步骤(I)绘制的理论三维模型上绘制实际预埋铝块的位置； (5)计算钻头按照理论位置在预埋铝块上加工安装孔时，钻头边缘距离与实际预埋铝块边缘的最小距离，判断该最小距离是否满足实际钻孔及安装需要，若满足，则完成天线塔体结构的装配；否则对步骤(2)中实物装配位置进行调整，并重新执行步骤(3) —(5)。
【文档编号】G06F17/50GK104268331SQ201410484586
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】喻懋林, 侯伟, 李传辉, 戴璐, 马宁, 胡溶溶, 孙英华 申请人:北京卫星制造厂