专利名称：一种支持天线罩精密修磨的在线测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及大型复杂形状回转体工件几何精度测量技术领域，特别是涉及一种支 持天线罩精密修磨的在线测量装置及方法。
背景技术：
导弹天线罩是导弹的关键部件之一，位于导弹的头部，其作用是保护导弹天线正 常工作。天线罩一方面要能承受导弹高速飞行中产生的高温，并对天线起到隔热保护作用； 另一方面由于它位于天线的前面，对天线辐射和接收的信号的影响应尽可能的小，保证信 息透过天线罩后不失真。因此，除了要有良好的气动外形外，天线罩还要有优良的电磁传输 特性，满足天线系统的电气性能要求。陶瓷天线罩属薄壁结构、材料脆硬，加工中易产生微细裂纹，经过精加工后，其几 何形状及尺寸已满足要求，但是电气性能往往不能很好的满足使用要求。其中电厚度是 插入相位移延迟最基本的也是最主要的分量，是评价天线罩综合电气性能的非常重要的指 标，它不仅影响天线罩的传输效率，还影响天线罩的瞄准误差。因此，为保证导弹的瞄准精 度，在天线罩加工时应保证电厚度的精度指标要求。目前，磨削校正方法可以通过对天线罩进行磨削，使罩壁各处的电厚度分布满足 设计要求。这种方法不仅可以减小瞄准误差和瞄准误差率，同时对波束形状畸变等其它各 项电性能指标也有改善作用，即可提高天线罩的整体电性能。但是，该方法在使用过程中， 存在以下不足(1)天线罩精加工后，根据电厚度误差计算出修磨或喷涂的几何量，但实际加工过 程中受工件安装误差、机床精度以及修磨或喷涂工艺的影响，加工精度不是很高，即实际修 磨或喷涂的几何量往往与理论修磨或喷涂的几何量存在较大的偏差。(2)现有技术通常对天线罩几何厚度的测量和修磨在不同的工位上分开进行，即 在测量工位上测量完毕后再搬运到修磨工位上进行安装、调试，修磨完毕后，再搬回到测量 工位上进行测量，测量前同样需要安装、调试。这样中间转换环节多，操作麻烦，效率低下， 而且天线罩重复安装带来的定位误差将影响测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种支持天线罩精密修磨的在线测量装置及 方法，减少测量与修磨的转换环节，提高天线罩的修磨精度和加工效率。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种支持天线罩精密修磨的在 线测量装置，包括小角度回旋装置、在线位移检测装置和信息处理装置，所述的小角度回旋 装置包括安装支架、联轴器、基板、步进电机、驱动器和运动控制器；所述的安装支架固定在 机床工作台上；所述的步进电机安装在所述的安装支架内，并与所述的驱动器和运动控制 器依次相连；所述的步进电机的输出轴朝上，并通过所述的联轴器与所述的基板相连；所 述的在线位移检测装置包括相互连接的位移传感器和传感器控制器；所述的位移传感器安
3装在所述的基板上；所述的信息处理装置包括控制模块和数据处理模块；所述的控制模块 与所述的运动控制器相连，所述的数据处理模块与所述的传感器控制器相连。所述的位移传感器测量头的测量中心点与机床主轴中心线处于同一水平高度。所述的控制模块用于驱动所述的小角度回转装置，使得所述的位移传感器的检测 方向处于天线罩的法线方向；所述的数据处理模块根据天线罩型线计算法向方向对所述的 位移传感器所测得的数据进行分析和评定。所述的安装支架通过螺钉固定在机床工作台上；所述的步进电机通过螺钉安装在 所述的安装支架内。所述的位移传感器和传感器控制器通过高频电缆线相互连接。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是还提供一种支持天线罩精密修磨的 在线测量方法，包括以下步骤(1)计算在线测量装置的位置和方向建立工件坐标系，根据天线罩的外轮廓型 线，由信息处理装置的数据处理模块计算出天线罩外型面各测量点的X、Z坐标值和法向矢 量，从而确定位移传感器测量时的X、Z坐标值和小角度回转装置的回转角度；(2)在线测量装置的X、Z向定位通过数控程序驱动机床工作台移动，带动位移传 感器运动到指定测量点位置处；(3)位移传感器的法向定位信息处理装置的控制模块根据计算得到的回转角度 给运动控制器发送指令，运动控制器通过驱动器驱动步进电机，带动基板转动，基板带动位 移传感器转动一个角度，从而使位移传感器测量中心对准天线罩外型面被测点，同时保证 测量时位移传感器按天线罩廓形法线方向进行测量；(4)测量与采集数据信息处理装置通过传感器控制器控制位移传感器采集的点 数和频率，位移传感器在天线罩修磨前后分别对所述的各测量点进行测量，传感器控制器 将由位移传感器所测得的数据发送到信息处理装置，信息处理装置接收并保存数据；(5)计算实际修磨量通过信息处理装置的数据处理模块，将天线罩修磨前后两 次测量的数据进行处理，可得到天线罩的实际修磨量；(6)数控程序补偿与修磨信息处理装置对实际修磨量进行评定，如果满足修磨 要求，则结束；如果不满足修磨要求，则根据实际修磨量与理论修磨量的偏差，生成数控加 工补偿程序，再次对天线罩进行修磨，修磨完后再次对天线罩进行测量、评定，直至达到修 磨要求为止。有益效果由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效 果本发明能够在不卸下修磨后的天线罩的情况下进行几何精度的检测，减少了重复安装 天线罩带来的定位误差对测量精度的影响，大大提高了修磨精度和加工效率。利用小角度 回旋装置能够使高精度位移传感器在测量过程中始终保持为天线罩的法线方向，从原理上 保证了天线罩法向壁厚的检测，保障了很好的修磨精度。利用高精度位移传感器对天线罩 进行在线测量，弥补了机床精度误差对修磨的影响，提高了机床的利用率，降低了加工成 本。本发明还具有体积小，结构简单，操作方便等优点，同时为迅速建立天线罩电厚度与修 磨量的关系提供装置和试验平台，测量所得到的数据，也为建立天线罩电厚度与修磨量的 关系提供了可靠的依据。
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明在机床上的安装示意图；图3是本发明的工作流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。本发明的第一实施方式涉及一种支持天线罩精密修磨的在线测量装置，如图1所 示，包括小角度回转装置、在线位移检测装置和信息处理装置。其中，小角度回转装置由安 装支架7、联轴器9、基板5、步进电机6、驱动器14和运动控制器15组成；在线位移检测装置 由位移传感器4、传感器控制器10组成；信息处理装置11包括控制模块和数据处理模块， 控制模块驱动小角度回转装置，使得位移传感器4的检测方向处于天线罩3的法线方向， 数据处理模块根据天线罩型线计算法向方向，对位移传感器4所测得的数据进行分析和评 定。如图1和图2所示，安装在磨床头架1上的天线罩3的左边是研磨装置2，右边是 本发明。小角度回转装置中的安装支架7通过螺钉8固定在机床工作台13上，步进电机6 通过螺钉安装在支架7的里面，并与驱动器14和运动控制器15依次相连，步进电机6输出 轴朝上通过联轴器9与基板5连接。位移传感器4安装在小角度回转装置的基板5上，并 通过高频电缆线12与传感器控制器10相连接，传感器控制器10通过RS232与信息处理装 置11建立通信，在信息处理装置11设置好采集的点数和频率后，发送到传感器控制器10， 传感器控制器10根据收到的采集的点数和频率等参数控制位移传感器4进行测量，传感器 控制器10将由位移传感器4所测量到的数据发送回信息处理装置11进行显示和存储。为 了提高测量精度，小角度回转装置在位移传感器4安装到基板5上后，使位移传感器4测量 头的测量中心点与机床主轴中心线处于同一水平高度。本发明的第二实施方式涉及一种支持天线罩精密修磨的在线测量方法，其具体流 程如图3所示，包括以下步骤(1)根据天线罩的外轮廓型线，信息处理装置利用数据处理模块计算出天线罩外 型面N条母线上M个测点的X、Z坐标值和法向矢量，从而确定位移传感器测量第ii(i = 1， 2，...，N)条母线上的第j (j = 1，2，. . .，M)个测量点坐标(Xu、Zij)和小角度回转装置的 回转角度(2)按照数控指令格式编制测量用数控程序，驱动机床工作台在XOZ平面内(即机 床工作台所处的平面)运动，并带动位移传感器运动到天线罩第Ui = 1,2,...,N)条母线 上的第j(j = 1，2，...，M)个测量点坐标(XijJij)处。(3)信息处理装置的控制模块根据计算得到的回转角度ω u给运动控制器发送指 令，运动控制器通过驱动器驱动步进电机，带动基板转动，基板带动位移传感器转动一个角度ωi.j从而使位移传感器测量中心对准天线罩外型面被测点，保证在测量时位移传感器按 天线罩廓形法线方向进行测量。(4)信息处理装置将位移传感器采集的点数和频率发送给传感器控制器，传感器 控制器驱动位移传感器进行数据采集与处理，并将所测得的数据发送到信息处理装置进行 显示和存储。(5)位移传感器在数控程序驱动下，运行到下一个测量点，并进行数据采集与处 理，直至全部测量完毕。在天线罩修磨后，位移传感器对在天线罩修磨前进行测量过的各测 量点再进行一次测量。(6)利用信息处理装置的数据处理模块，将天线罩修磨前后两次测量的数据进行 处理，可得到天线罩的实际修磨量。(7)信息处理装置对实际修磨量进行评定，如果满足修磨要求，则结束修磨；如果 不满足修磨要求，则根据实际修磨量与理论修磨量的偏差，生成数控加工补偿程序，再次对 天线罩进行修磨，修磨完后再次对天线罩进行测量和评定，直至达到修磨要求，从而实现天 线罩的精密修磨。不难发现，本发明能够在不卸下修磨后的天线罩的情况下进行几何精度的检测， 减少了重复安装天线罩带来的定位误差对测量精度的影响，大大提高了修磨精度和加工效 率。利用小角度回旋装置能够使高精度位移传感器在测量过程中始终保持为天线罩的法线 方向，从原理上保证了天线罩法向壁厚的检测，保障了很好的修磨精度，并利用高精度位移 传感器对天线罩进行在线测量，弥补了机床精度误差对修磨的影响，提高了机床的利用率， 降低了加工成本。本发明还具有体积小，结构简单，操作方便等优点，同时为迅速建立天线 罩电厚度与修磨量的关系提供装置和试验平台，测量所得到的数据，也为建立天线罩电厚 度与修磨量的关系提供了可靠的依据。
权利要求
一种支持天线罩精密修磨的在线测量装置，包括小角度回旋装置、在线位移检测装置和信息处理装置，其特征在于，所述的小角度回旋装置包括安装支架(7)、联轴器(9)、基板(5)、步进电机(6)、驱动器(14)和运动控制器(15)；所述的安装支架(7)固定在机床工作台(13)上；所述的步进电机(6)安装在所述的安装支架(7)内，并与所述的驱动器(14)和运动控制器(15)依次相连；所述的步进电机(6)的输出轴朝上，并通过所述的联轴器(9)与所述的基板(5)相连；所述的在线位移检测装置包括相互连接的位移传感器(4)和传感器控制器(10)；所述的位移传感器(4)安装在所述的基板(5)上；所述的信息处理装置(11)包括控制模块和数据处理模块；所述的控制模块与所述的运动控制器(15)相连，所述的数据处理模块与所述的传感器控制器(10)相连。
2.根据权利要求1所述的支持天线罩精密修磨的在线测量装置，其特征在于，所述的 位移传感器(4)测量头的测量中心点与机床主轴中心线处于同一水平高度。
3.根据权利要求1所述的支持天线罩精密修磨的在线测量装置，其特征在于，所述的 控制模块用于驱动所述的小角度回转装置，使得所述的位移传感器(4)的检测方向处于天 线罩(3)的法线方向；所述的数据处理模块根据天线罩型线计算法向方向对所述的位移传 感器(4)所测得的数据进行分析和评定。
4.根据权利要求1所述的支持天线罩精密修磨的在线测量装置，其特征在于，所述的 安装支架(7)通过螺钉(8)固定在机床工作台(13)上；所述的步进电机(6)通过螺钉安装 在所述的安装支架(7)内。
5.根据权利要求1所述的支持天线罩精密修磨的在线测量装置，其特征在于，所述的 位移传感器(4)和传感器控制器(10)通过高频电缆线(12)相互连接。
6.一种支持天线罩精密修磨的在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤(1)计算在线测量装置的位置和方向建立工件坐标系，根据天线罩的外轮廓型线，由 信息处理装置的数据处理模块计算出天线罩外型面各测量点的X、Z坐标值和法向矢量，从 而确定位移传感器测量时的X、Z坐标值和小角度回转装置的回转角度；(2)在线测量装置的X、Z向定位通过数控程序驱动机床工作台移动，带动位移传感器 运动到指定测量点位置处；(3)位移传感器的法向定位信息处理装置的控制模块根据计算得到的回转角度给运 动控制器发送指令，运动控制器通过驱动器驱动步进电机，带动基板转动，基板带动位移传 感器转动一个角度，从而使位移传感器测量中心对准天线罩外型面被测点，同时保证测量 时位移传感器按天线罩廓形法线方向进行测量；(4)测量与采集数据信息处理装置通过传感器控制器控制位移传感器采集的点数和 频率，位移传感器在天线罩修磨前后分别对所述的各测量点进行测量，传感器控制器将由 位移传感器所测得的数据发送到信息处理装置，信息处理装置接收并保存数据；(5)计算实际修磨量通过信息处理装置的数据处理模块，将天线罩修磨前后两次测 量的数据进行处理，可得到天线罩的实际修磨量；(6)数控程序补偿与修磨信息处理装置对实际修磨量进行评定，如果满足修磨要求， 则结束；如果不满足修磨要求，则根据实际修磨量与理论修磨量的偏差，生成数控加工补偿 程序，再次对天线罩进行修磨，修磨完后再次对天线罩进行测量、评定，直至达到修磨要求 为止。
全文摘要
本发明涉及一种支持天线罩精密修磨的在线测量装置及方法，包括小角度回旋装置、在线位移检测装置和信息处理装置，其中，小角度回旋装置包括安装支架、联轴器、基板和步进电机；步进电机安装在安装支架内，并与驱动器和运动控制器依次相连，其输出轴朝上，并通过联轴器与基板相连；在线位移检测装置包括相互连接的位移传感器和传感器控制器，位移传感器安装在基板上；信息处理装置包括控制模块和数据处理模块；本发明利用控制模块驱动步进电机运转，使位移传感器处于天线罩法线方向上，利用数据处理模块根据天线罩型线计算法向方向和所测得的数据计算出实际修磨量，从而实现在天线罩修磨之后在线检测其实际修磨量，提高修磨精度和加工效率。
文档编号H01Q1/42GK101936722SQ20101026784
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者李蓓智, 杨建国, 王庆霞, 秦少伍, 魏宏 申请人:东华大学