本发明涉及一种舱段装配精度的确定方法、装置及存储介质，属于制造质量预测与控制领域。
背景技术：
航天器多数为多段组合式结构，在制造过程中需要通过对接来实现舱体的整体装配，因而，舱段对接技术在航空航天领域的应用非常广泛。
由于复合材料的高强度，低密度等优良特性，使得其广泛地应用在航空航天领域。航天器对对接精度有严格要求，然而，由于复合材料加工难度大，加工精度低，容易造成舱段端面的平面度较低，因而亟需一种对接精度确定方法，来预测两舱段的对接精度，从而判断两对接舱段对接面的加工精度是否符合使用要求，以避免盲目加工及对接导致的资源浪费。
技术实现要素：
本发明的目的提供一种舱段装配精度的确定方法、装置及存储介质。该方法可在实际装配前确定两舱段装配精度，以避免盲目加工及对接导致的资源浪费。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种舱段装配精度的确定方法，其特征在于，包括：
获取第一待对接面与第二待对接面的距离集，所述距离集为所述第一待对接面与所述第二待对接面上对应的两点间的距离值的集合；
根据所述距离集确定极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，其中，所述极小值点集为距离值的极小值的集合，所述第一采样点集为极小值点对应的所述第一待对接面上的采样点的集合，所述第二采样点集为所述极小值点对应的所述第二待对接面上的采样点的集合；
根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的三组接触点；
根据确定的三组接触点，对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度。
在一可选实施例中，所述获取第一待对接面与第二待对接面的距离集，包括：
分别建立第一待对接面的第一局部坐标系和第二待对接面的第二局部坐标系，并确定第一待对接面上的预设采样点在所述第一局部坐标系下的第一局部坐标集和第二待对接面上的预设采样点在所述第二局部坐标系下的第二局部坐标集；
将所述第一局部坐标集和第二局部坐标集分别转化成第一坐标集和第二坐标集，其中，所述第一坐标集为第一待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合，所述第二坐标集为第二待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合；
根据所述第一坐标集和第二坐标集，确定第一待对接面与第二待对接面的距离集。
在一可选实施例中，所述根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的接触点，包括：
从确定的极小值点集中任意选取三个极小值点，建立平面方程；
将所述距离集中除所述三个极小值点之外的距离值对应的x轴和y轴坐标值带入所述平面方程中，求解对应的z轴坐标值；
判断求解的z轴坐标值是否全部小于其对应的所述距离值；
若是，则确定所述任意选取的三个极小值点对应的所述第一采样点集中的三个采样点，和所述第二采样点集中的三个采样点为三组准接触点；
判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能投影到所述三个极小值点构成的三角形内；
若是，则将所述三组准接触点确定为三组接触点。
在一可选实施例中，所述判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能投影到所述三个极小值点构成的三角形内，包括：
将所述三个极小值点和所述几何中心投影到同一平面上，对应得到点p1’、p2’、p3’、p4’，根据式(1)判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能都投影到所述三个极小值点构成的三角形内：
θ12+θ13+θ23＝180°(1)
其中，
在一可选实施例中，所述对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度，包括：
旋转所述第一待对接面或所述第二待对接面，使所述第一待对接面和所述第二待对接面上的三组接触点接触；
根据旋转角度及所述第一待对接面与所述第二待对接面的初始同轴度，确定装配精度。
一种舱段装配精度的确定装置，包括：
获取模块，用于获取第一待对接面与第二待对接面的距离集，所述距离集为所述第一待对接面与所述第二待对接面上对应的两点间的距离值的集合；
第一确定模块，用于根据所述距离集确定极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，其中，所述极小值点集为距离值的极小值的集合，所述第一采样点集为极小值点对应的所述第一待对接面上的采样点的集合，所述第二采样点集为所述极小值点对应的所述第二待对接面上的采样点的集合；
第二确定模块，用于根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的三组接触点；
对接模块，用于根据确定的三组接触点，对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度。
在一可选实施例中，所述获取模块，用于：
分别建立第一待对接面的第一局部坐标系和第二待对接面的第二局部坐标系，并确定第一待对接面上的预设采样点在所述第一局部坐标系下的第一局部坐标集和第二待对接面上的预设采样点在所述第二局部坐标系下的第二局部坐标集；
将所述第一局部坐标集和第二局部坐标集分别转化成第一坐标集和第二坐标集，其中，所述第一坐标集为第一待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合，所述第二坐标集为第二待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合；
根据所述第一坐标集和第二坐标集，确定第一待对接面与第二待对接面的距离集。
在一可选实施例中，所述第二确定模块，用于：
从确定的极小值点集中任意选取三个极小值点，建立平面方程；
将所述距离集中除所述三个极小值点之外的距离值对应的x轴和y轴坐标值带入所述平面方程中，求解对应的z轴坐标值；
判断求解的z轴坐标值是否全部小于其对应的所述距离值；
若是，则确定所述任意选取的三个极小值点对应的所述第一采样点集中的三个采样点，和所述第二采样点集中的三个采样点为三组准接触点；
判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能投影到所述三个极小值点构成的三角形内；
若是，则将所述三组准接触点确定为三组接触点。
在一可选实施例中，所述判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能都投影到所述三个极小值点构成的三角形内，包括：
将所述三个极小值点和所述几何中心投影到同一平面上，对应得到点p1’、p2’、p3’、p4’，根据式(1)判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能都投影到所述三个极小值点构成的三角形内：
θ12+θ13+θ23＝180°(1)
其中，
一种存储介质，用于存储一条或多条计算机指令，以用于
获取第一待对接面与第二待对接面的距离集，所述距离集为所述第一待对接面与所述第二待对接面上对应的两点间的距离值的集合；
根据所述距离集确定极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，其中，所述极小值点集为距离值的极小值的集合，所述第一采样点集为极小值点对应的所述第一待对接面上的采样点的集合，所述第二采样点集为所述极小值点对应的所述第二待对接面上的采样点的集合；
根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的三组接触点；
根据确定的三组接触点，对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度。
本发明实施例提供的舱段装配精度的确定方法，通过确定两待对接面的距离值的极小值点，根据所述极小值点确定两个待对接面的接触点，通过确定的接触点对接两个待对接平面，对接后计算两待对接面的装配精度，从而判断两对接舱段对接面的加工精度是否符合使用要求，该方法考虑了舱段对接面形状误差因素，对舱段对接装配误差进行高精度预测，提高制造质量预测的准确性，为实装提供指导依据，避免了盲目加工及对接导致的资源浪费。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种舱段装配精度的确定方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种舱段装配精度的确定装置结构示意图；
图3a为前舱端面a对应的第二局部坐标系示意图；
图3b为后舱端面对应的第一局部坐标系示意图；
图4为极小值点搜索示意图；
图5a为前舱端面在第二局部坐标系下的形状误差图；
图5b为后舱端面在第一局部坐标系下的形状误差图；
图6为公共坐标系下的两个待对接端面的形状误差图；
图7为距离表面示意图；
图8为距离表面上极小值点示意图；
图9为接触点判断方法示意图；
图10为舱段对接接触点示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明具体实施方式做进一步说明：
参见图1，本发明实施例提供了一种舱段装配精度的确定方法，包括：
步骤101：获取第一待对接面与第二待对接面的距离集，所述距离集为所述第一待对接面与所述第二待对接面上对应的两点间的距离值的集合；
具体地，本发明实施例中，优选将两待对接面间隔一定距离同轴相对放置，既x轴、y轴坐标对齐，通过三坐标测量仪等测量装置确定两个待对接面上对应的两点之间在z轴上的距离值；
步骤102：根据所述距离集确定极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，其中，所述极小值点集为距离值的极小值的集合，所述第一采样点集为极小值点对应的所述第一待对接面上的采样点的集合，所述第二采样点集为所述极小值点对应的所述第二待对接面上的采样点的集合；
步骤103：根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的三组接触点；
步骤104：根据确定的三组接触点，对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度。
本发明实施例提供的舱段装配精度的确定方法，通过确定两待对接面的距离值的极小值点，根据所述极小值点确定两个待对接面的接触点，通过确定的接触点对接两个待对接平面，对接后计算两待对接面的装配精度，从而判断两对接舱段对接面的加工精度是否符合使用要求，避免了盲目加工和对接导致的资源浪费。
在一可选实施例中，所述获取第一坐标集和第二坐标集，包括：
分别建立第一待对接面的第一局部坐标系和第二待对接面的第二局部坐标系，并确定第一待对接面上的预设采样点在所述第一局部坐标系下的第一局部坐标集和第二待对接面上的预设采样点在所述第二局部坐标系下的第二局部坐标集；
将所述第一局部坐标集和第二局部坐标集分别转化成第一坐标集和第二坐标集，其中，所述第一坐标集为第一待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合，所述第二坐标集为第二待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合；
根据所述第一坐标集和第二坐标集，确定第一待对接面与第二待对接面的距离集。
由于两个舱段对接面上分别设置了大量的采样点，采用第一坐标集合、第二坐标集的方式将两个舱段对接面采样点的加工误差分别集合在各自的集合中，并且每个坐标集合中分别按照对接面上x轴、y轴坐标对齐的方式排列，便于计算两个舱段对接面上对应采样点的距离值，该距离值为后续确定极小值点奠定基础。
在一可选实施例中，所述根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的接触点，包括：
从确定的极小值点集中任意选取三个极小值点，建立平面方程；
将所述距离集中除所述三个极小值点之外的距离值对应的x轴和y轴坐标值带入所述平面方程中，求解对应的z轴坐标值；
判断求解的z轴坐标值是否全部小于其对应的所述距离值；
若是，则确定所述任意选取的三个极小值点对应的所述第一采样点集中的三个采样点，和所述第二采样点集中的三个采样点为三组准接触点；
判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能投影到所述三个极小值点构成的三角形内；
若是，则将所述三组准接触点确定为三组接触点。
两个舱段对接，在接触面上存在3组接触点。只有确定了接触点的位置，才能确定两个对接面的空间姿态，进而，确定两个舱段的对接精度。由分析可知，接触点一定在极小值点集中，然而，极小值点集中包含若干个点，难以分辨。从极小值点集中任选三点进行判断，若符合要求，则所选的三点即为接触点。采用这种方法，不会遗漏任何可能的接触点。
在一可选实施例中，所述判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能投影到所述三个极小值点构成的三角形内，包括：
将所述三个极小值点和所述几何中心投影到同一平面上，对应得到点p1’、p2’、p3’、p4’，根据式(1)判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能都投影到所述三个极小值点构成的三角形内：
θ12+θ13+θ23＝180°(1)
其中，
由于所述极小值点和所述几何中心均为空间坐标点，直观上难以判断几何中心点是否位于三个极小值点构成的三角形内。因此，采用将空间坐标点投影到平面上的方法可以更加直观地判断几何中心点和三个极小值点的位置关系。
在一可选实施例中，所述对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度，包括：
旋转所述第一待对接面或所述第二待对接面，使所述第一待对接面和所述第二待对接面上的三组接触点接触；
根据旋转角度及所述第一待对接面与所述第二待对接面的初始同轴度，确定装配精度。
两个舱段的对接精度取决于两个舱段的空间姿态，如果采用根据两个舱段的空间姿态分别拟合二者的中心轴，再计算两个中心轴偏差的方法来确定装配精度，计算量大，并且多步计算引入误差大。采用以一个舱段为基准，固定不动，计算使另一个舱段与第一个舱段对接，第二个舱段的旋转量的方法来确定装配精度可有效地减少计算量，提高计算精度。
参见图2，本发明实施例还提供了一种舱段装配精度的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块10，用于获取第一待对接面与第二待对接面的距离集，所述距离集为所述第一待对接面与所述第二待对接面上对应的两点间的距离值的集合；
第一确定模块20，用于根据所述距离集确定极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，其中，所述极小值点集为距离值的极小值的集合，所述第一采样点集为极小值点对应的所述第一待对接面上的采样点的集合，所述第二采样点集为所述极小值点对应的所述第二待对接面上的采样点的集合；
第二确定模块30，用于根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的三组接触点；
对接模块40，用于根据确定的三组接触点，对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度。
在一可选实施例中，所述获取模块10，用于：
分别建立所述第一待对接面的第一局部坐标系和所述第二待对接面的第二局部坐标系，并确定第一待对接面上的预设采样点在所述第一局部坐标系下的第一局部坐标集和第二待对接面上的预设采样点在所述第二局部坐标系下的第二局部坐标集；
将所述第一局部坐标集和第二局部坐标集分别转化成第一坐标集和第二坐标集，其中，所述第一坐标集为第一待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合，所述第二坐标集为第二待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合；
根据所述第一坐标集和第二坐标集，确定第一待对接面与第二待对接面的距离集。
在一可选实施例中，所述第二确定模块30，用于：
从确定的极小值点集中任意选取三个极小值点，建立平面方程；
将所述距离集中除所述三个极小值点之外的距离值对应的x轴和y轴坐标值带入所述平面方程中，求解对应的z轴坐标值；
判断求解的z轴坐标值是否全部小于其对应的所述距离值；
若是，则确定所述任意选取的三个极小值点对应的所述第一采样点集中的三个采样点，和所述第二采样点集中的三个采样点为三组准接触点；
判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能投影到所述三个极小值点构成的三角形内；
若是，则将所述三组准接触点确定为三组接触点。
在一可选实施例中，所述判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能都投影到所述三个极小值点构成的三角形内，包括：
将所述三个极小值点和所述几何中心投影到同一平面上，对应得到点p1’、p2’、p3’、p4’，根据式(1)判断所述第一待对接面或所述第二待对接面的几何中心是否能都投影到所述三个极小值点构成的三角形内：
θ12+θ13+θ23＝180°(1)
其中，
本发明实施例提供的舱段装配精度的确定装置与方法实施例一一对应，具体描述及有益效果参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例还提供了一种存储介质，用于存储一条或多条计算机指令，以用于获取第一坐标集和第二坐标集，其中，所述第一坐标集为第一待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合，所述第二坐标集为第二待对接面上的预设采样点的全局坐标值的集合；
根据所述第一坐标集和第二坐标集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的距离集，所述距离集为所述第一待对接面与所述第二待对接面上对应的两点间的距离值的集合；
根据所述距离集确定极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，其中，所述极小值点集为距离值的极小值的集合，所述第一采样点集为极小值点对应的所述第一待对接面上的采样点的集合，所述第二采样点集为所述极小值点对应的所述第二待对接面上的采样点的集合；
根据确定的极小值点集及对应的第一采样点集和第二采样点集，确定所述第一待对接面与所述第二待对接面的三组接触点；
根据确定的三组接触点，对接所述第一待对接面与所述第二待对接面从而确定装配精度。
本发明实施例提供的存储介质与方法实施例相对应，具体描述及有益效果参见方法实施例，在此不再赘述。
以下为本发明的一个具体实施例：
本实施例提供了一种两舱段的装配精度的确定方法，具体实施方式如下：
步骤一，采用三坐标测量仪以扫描的方式测量待对接面，并建立后舱端面的第一局部坐标系和前舱端面的第二局部坐标系，确定后舱端面上的预设采样点在所述第一局部坐标系下的第一局部坐标集和前舱端面上的预设采样点在所述第二局部坐标系下的第二局部坐标集：
具体地，如图4所示，采用三坐标测量仪以一定的采样频率对两个舱段待对接面分别进行采样测量，每个待对接面上共有11×11个采样点，如图3所示，前舱端面a和后舱端面d各采样点的x坐标值和y坐标值确定，待对接面形状误差测量结果如图5所示，将测量数据整理成矩阵形式，如下：
后舱端面(第一待对接端面)数据
前舱端面数据(第一待对接端面)
其中，i和j是采样点的行数和列数，矩阵ad为后舱端面各采样点在后舱端面所在局部坐标系下的z坐标值的集合，aa是后舱端面和前舱端面的各采样点在前舱端面所在局部坐标系下的z坐标值的集合，zid,j和zia,j是相应端面上第i行第j列采样点的z坐标值。在每个表面上有m行n列的采样点，本实施例中，m、n取值均为11。
步骤二，计算两个待对接面的距离集：
首先，将第一局部坐标集和第二局部坐标集转换到公共坐标系下，转换后的舱段端面数据为：
后舱端面数据
前舱端面数据
转换后的两对接面状态如图6所示，在此基础上，计算距离集adis＝(aa)′-(ad)′，距离表面(距离集所在表面)如图7所示；
步骤三，在距离表面上搜索极小值点：
在距离表面上依次比较每个点与其周围八邻域范围内所有点的大小，如果该点小于周围八邻域范围内的所有点，则该点为极小值点，搜索结果如图8所示，其中，实心圆表示该距离表面上的极小值点。
步骤四，根据极小值点确定实际接触的三组接触点：
在极小值点中确定实际接触点，实际接触点必须满足以下两个要求：
(1)当两个零件接触上后，两个配合表面不会发生干涉，具体确定方法如下：
假设距离表面上的三个极小值点为p1(x1,y1,z1),p2(x2,y2,z2),和p3(x3,y3,z3)。由这三个点构成的平面可以表示为：
进而，平面方程可以写为：
ax+by+cz+d＝0
然后，判断距离表面上的所有点是否都满足下面不等式
其中，z’i,j是距离表面上位于第i行第j列点的z坐标值，zi,j是距离表面上三个极小值点构成的接触平面上对应点的z坐标值。
(2)被装配零件的质心一定位于三个接触点构成的三角形内部，具体确定方法如下：
如图9所示，假设与距离表面上的三个点p1,p2和p3对应的两个待对接面上的三对点是一组可能的接触点，点p4是被装配零件的质心。将空间中的四个点p1,p2,p3和p4投影到平面x-y上，得到点p1’,p2’,p3’和p4’。如果三个点p1,p2和p3对应着一组接触点，那么由p1’,p2’,p3’和p4’四个点构成的所有角的合为180度，即下面两个方程成立。
θ12+θ13+θ23＝180°
在距离表面上的所有极小值点中，满足上述两个要求的三个点对应于待对接面上的真实接触点，通过计算得到两舱段对接面上的三个接触点位于(i＝4,j＝1)，(i＝10,j＝1)和(i＝7,j＝11)，如图10所示。
步骤五，计算装配误差：
根据三个接触点的位置(i＝4,j＝1)，(i＝10,j＝1)和(i＝7,j＝11)以及三点在局部坐标系下的z坐标值，
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。