【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及固體火箭發動機殼體設計領域，具體涉及一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置及方法。
技術介紹
1、碳纖維增強樹脂基復合材料具有輕質高強、比強度比模量大、可設計性強、抗疲勞、易于實現結構和功能一體化等優點，憑借這些優點復合材料成為固體火箭發動機殼體的優良選擇。纏繞成型作為一種發展最早、技術相對成熟的復合材料自動化成型技術，是固體火箭發動機殼體高效和理想的成型工藝之一。在現有復合材料殼體纏繞成型工藝過程中，由于殼體封頭具有連續變厚度、變角度的特點，導致在強度設計時難以精準預測其應力場狀態的分布，從而不能對封頭強度進行有效設計和可靠性控制，容易造成殼體封頭因強度不足過早喪失承載能力或者封頭冗余質量過高，殼體特性系數難以提高，相應武器裝備的可靠性和先進性嚴重降低的問題。
2、目前，獲得更高精度以及與實際生產產品一致性更高的三維研究模型，是對殼體結構進行精細化設計從而提高復合材料殼體的性能和可靠性的基礎研究方向之一。在現有技術中，獲取復合材料殼體的三維研究模型需要人工使用接觸式測量儀對或者手持式三維掃描儀對殼體進行測量，再依據測得的數據進行建模。而采用接觸式測量儀對或者手持式三維掃描儀對復合材料殼體進行測量會導致以下問題：(1)由于在使用接觸式測量儀進行在線測量時，需要接觸工藝過程產品，因此使用接觸式測量儀進行在線測量會對產品質量造成影響；(2)由于手持式三維掃描儀基于視覺原理，因此測量結果會受到環境光噪聲、背景光源以及測量對象本身顏色的影響而導致精度降低；(3)手持式三維掃描儀需要
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術公開了一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置及方法，能夠對復合材料殼體在纏繞成型過程中的外型面進行非接觸式快速在線測量，并通過處理測得的外型面數據，實現復合材料殼體的模型重構，得到更高精度的三維研究模型，提升模型與產品的一致性，從而實現復合材料殼體在纏繞工藝中的可測可迭代，提高了結構產品的設計制造精度。
2、本專利技術的具體技術方案如下：
3、一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，所述裝置包括測量系統和上位機，所述測量系統包括測量模塊、主動機構、從動機構、支撐架、磁柵尺、限位開關、二維水平儀，其中，所述測量模塊有多個，均固定連接在一起，所述測量模塊包括非接觸式光學距離傳感器，用于測量復合材料殼體外型面上的測量點沿所述復合材料殼體的直徑方向到所述非接觸式光學距離傳感器的距離，所述測量模塊安裝后的位置應滿足：所述非接觸式光學距離傳感器均位于一個圓弧上，所述圓弧所在的圓周位于一個與復合材料殼體橫截面平行的平面上，且所述圓周的圓心位于復合材料殼體芯模的軸線或者復合材料殼體芯模軸線的延長線上；
4、所述主動機構包括可主動運動的移動部件，所述移動部件與所述測量模塊中固定連接，所述主動機構安裝后位置應滿足：所述移動部件的運動軌跡與復合材料殼體芯模的軸線平行，所述主動機構用于驅動所述多個測量模塊中的一個測量模塊沿復合材料殼體進行軸向運動，所述測量模塊進行軸向運動的同時也帶動其余測量模塊沿復合材料殼體進行軸向運動，所述測量模塊的每次軸向運動可同時測量復合材料殼體外型面的多條輪廓線上的測量點沿所述復合材料殼體的直徑方向到所述非接觸式光學距離傳感器的距離；
5、所述從動機構包括可移動的移動部件，所述移動部件有多個，分別與所述其余測量模塊固定連接，所述從動機構安裝后位置應滿足：所述移動部件的運動軌跡與復合材料殼體芯模的軸線平行，所述從動機構用于支撐并限定所述其余測量模塊的軸向運動軌跡；
6、所述支撐架設置在復合材料殼體芯模下方，所述支撐架用于安裝和設置所述測量模塊、主動機構、從動機構、磁柵尺、限位開關、二維水平儀，所述支撐架包括多個調節地腳，調節所述測量系統的水平狀態；
7、所述磁柵尺用于測量所述測量模塊在測量復合材料殼體輪廓線上某一測量點時的軸向位移，從而確定所述測量點的軸向坐標；
8、所述限位開關有兩個，設置在所述從動機構上所述測量模塊進行軸向運動的起點和終點位置，用于在被所述測量模塊觸碰時，制止所述測量模塊的軸向運動；當所述測量模塊運動到終點位置并觸碰到限位開關時軸向運動制止，單程輪廓線測量結束，測量模塊反向運動回到起點，觸碰到另一端的限位開關時停止運動，準備下一次測量；
9、所述二維水平儀用于指示所述測量系統的擺放狀態是否水平；
10、所述上位機與復合材料殼體纏繞成型設備、所述測量系統的所述測量模塊、所述主動機構、所述限位開關、所述磁柵尺之間電性連接，所述上位機用于控制所述測量系統組件的運轉，接收所述測量系統的測量數據，進行數據處理并完成三維重構；
11、所述上位機還可用于實現復合材料殼體纏繞成型設備機床主軸的隨動控制，在所述多個測量模塊完成一次軸向運動并復位后，所述上位機與復合材料殼體纏繞成型設備通信，并向復合材料殼體纏繞成型設備傳遞隨動信號，使復合材料殼體纏繞成型設備機床主軸帶動復合材料殼體芯模旋轉一定的角度；在復合材料殼體芯模旋轉完成后，所述上位機控制所述測量模塊再次進行軸向運動，重復以上步驟直到所述測量系統完成復合材料殼體完整外型面測量。
12、優選的，所述測量模塊的數量、所述非接觸式光學距離傳感器在所述圓弧上的布局、所述圓弧所對應的圓心角可根據測量需求確定，所述復合材料殼體芯模每次旋轉的角度可根據實際使用的測量模塊數量、所述圓弧所對應的圓心角以及對測量點密度的需求確定。
13、優選的，所述測量模塊有3個，分別為測量模塊a、測量模塊b、測量模塊c，均固定連接在一起，所述測量模塊a、測量模塊b、測量模塊c均包括非接觸式光學距離傳感器；
14、所述測量模塊a、測量模塊b、測量模塊c安裝后的位置應滿足：所述3個測量模塊的非接觸式光學距離傳感器均勻分布在圓心角為90°的圓弧上，所述圓弧所在的圓周位于一個與復合材料殼體橫截面平行的平面上，且所述圓周的圓心位于復合材料殼體芯模的軸線或者復合材料殼體芯模軸線的延長線上，所述測量模塊a的非接觸式光學距離傳感器位于所述圓周的最低點，所述測量模塊b的非接觸式光學距離傳感器位于所述圓周上與最低點呈45°圓心角的點，所述測量模塊c的非接觸式光學距離傳感器位于所述圓周上與最低點呈90°圓心角的點；
15、所述測量模塊b與所述主動機構固定連接，所述測量模塊a、測量模塊c與所述從動機構固定連接，所述3個測量模塊的每次軸向運動可同時測量復合材料殼體外型面的3條輪廓線上的測量點沿所述復合材料殼體的直徑方向到所述非接觸式光學距離傳感器的距離；
<本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述裝置包括測量系統(15)和上位機(16)，其中：
2.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊的數量、所述非接觸式光學距離傳感器(11)在所述圓弧上的布局、所述圓弧所對應的圓心角根據測量需求確定，所述復合材料殼體芯模(17)每次旋轉的角度根據實際使用的測量模塊數量、所述圓弧所對應的圓心角以及對測量點密度的需求確定。
3.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊安裝后的位置應滿足：所述非接觸式光學距離傳感器(11)位于一個圓弧上，所述圓弧所在的圓周位于一個與復合材料殼體橫截面平行的平面上，且所述圓周的圓心位于復合材料殼體芯模(17)的軸線或者復合材料殼體芯模(17)軸線的延長線上。
4.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述主動機構(4)安裝的位
5.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述從動機構(5)安裝的位置應滿足：所述移動部件的運動軌跡與復合材料殼體芯模(17)的軸線平行，所述從動機構(5)用于支撐并限定所述其余測量模塊的軸向運動軌跡。
6.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述上位機(16)還用于復合材料殼體纏繞成型設備機床主軸(18)的隨動控制，在所述測量模塊完成一次軸向運動并復位后，所述上位機(16)與復合材料殼體纏繞成型設備通信，并向復合材料殼體纏繞成型設備傳遞隨動信號，使復合材料殼體纏繞成型設備機床主軸(18)帶動復合材料殼體芯模(17)旋轉一定的角度；在復合材料殼體芯模(17)旋轉完成后，所述上位機(16)控制所述測量模塊再次進行軸向運動，重復以上步驟直到所述測量系統(15)完成復合材料殼體完整外型面測量。
7.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊包括測量模塊a(1)、測量模塊b(2)、測量模塊c(3)，固定連接在一起，所述測量模塊a(1)、測量模塊b(2)、測量模塊c(3)均包括非接觸式光學距離傳感器(11)；
8.根據權利要求7所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊a(1)、測量模塊b(2)、測量模塊c(3)還包括直線微調平臺(10)，所述直線微調平臺(10)用于調節所述非接觸式光學距離傳感器(11)與復合材料殼體芯模(17)之間的距離，從而校準所述非接觸式光學距離傳感器(11)的位置，使得復合材料殼體外型面始終在所述非接觸式光學距離傳感器(11)的量程范圍之內。
9.根據權利要求8所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊a(1)、測量模塊b(2)、測量模塊c(3)還包括齒輪組(12)、伺服電機(13)，所述伺服電機(13)用于驅動所述齒輪組(12)旋轉，所述齒輪組(12)用于帶動所述非接觸式光學距離傳感器(11)以所述非接觸式光學距離傳感器(11)發射的測量光線為中心旋轉，使得所述非接觸式光學距離傳感器(11)上用于接收復合材料殼體外型面反射的測量光線的接收平面可以發射測量光線為中心旋轉，從而擴大所述非接觸式光學距離傳感器(11)的測量范圍。
10.根據權利要求9所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊b(2)還包括旋轉微調平臺(14)，所述旋轉微調平臺(14)用于校準所述非接觸式光學距離傳感器(11)發射的測量光線的傾斜角度，使發射測量光線指向復合材料殼體芯模(17)的軸線。
11.根據權利要求10所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述主動機構(4)包括步進電機、滾珠絲杠機構，所述滾珠絲杠機構包括滾...
【技術特征摘要】
1.一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述裝置包括測量系統(15)和上位機(16)，其中：
2.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊的數量、所述非接觸式光學距離傳感器(11)在所述圓弧上的布局、所述圓弧所對應的圓心角根據測量需求確定，所述復合材料殼體芯模(17)每次旋轉的角度根據實際使用的測量模塊數量、所述圓弧所對應的圓心角以及對測量點密度的需求確定。
3.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊安裝后的位置應滿足：所述非接觸式光學距離傳感器(11)位于一個圓弧上，所述圓弧所在的圓周位于一個與復合材料殼體橫截面平行的平面上，且所述圓周的圓心位于復合材料殼體芯模(17)的軸線或者復合材料殼體芯模(17)軸線的延長線上。
4.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述主動機構(4)安裝的位置應滿足：所述移動部件的運動軌跡與復合材料殼體芯模(17)的軸線平行，所述主動機構(4)用于驅動所述測量模塊沿復合材料殼體進行軸向運動，所述測量模塊進行軸向運動的同時也帶動其余測量模塊沿復合材料殼體進行軸向運動，每次軸向運動可同時測量復合材料殼體外型面的多條輪廓線上的測量點沿所述復合材料殼體的直徑方向到所述非接觸式光學距離傳感器(11)的距離。
5.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述從動機構(5)安裝的位置應滿足：所述移動部件的運動軌跡與復合材料殼體芯模(17)的軸線平行，所述從動機構(5)用于支撐并限定所述其余測量模塊的軸向運動軌跡。
6.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述上位機(16)還用于復合材料殼體纏繞成型設備機床主軸(18)的隨動控制，在所述測量模塊完成一次軸向運動并復位后，所述上位機(16)與復合材料殼體纏繞成型設備通信，并向復合材料殼體纏繞成型設備傳遞隨動信號，使復合材料殼體纏繞成型設備機床主軸(18)帶動復合材料殼體芯模(17)旋轉一定的角度；在復合材料殼體芯模(17)旋轉完成后，所述上位機(16)控制所述測量模塊再次進行軸向運動，重復以上步驟直到所述測量系統(15)完成復合材料殼體完整外型面測量。
7.根據權利要求1所述的一種固體火箭發動機復合材料殼體纏繞成型過程中在線測量及模型重構的裝置，其特征在于：所述測量模塊包括測量模塊a(1)、測量模塊b(2)、測量模塊c(3)，固定連接在一起，所述測量模塊a(1)、測量模塊b(2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高志強，
申請(專利權)人：上海新力動力設備研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。