专利名称：导弹天线罩几何精度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于导弹天线罩几何精度测量装置领域。
在高空导弹领域，已广泛采用主动式制导技术，在主动式制导技术中，安装在导弹头部的主动导引头起瞄准定位，适时捕捉目标信息的作用。它发射电磁波并接收来自目标的回波，使导弹控制系统适时调整飞行方向和速度。导弹在高速飞行中承受巨大的气流冲击和气流动载荷作用，激烈的摩擦将产生高温高热。由石英、陶瓷等脆硬性材料制成的天线罩罩于导弹导引头上，起着隔热保护作用。目标的回波透过天线罩后被导引头传感器接收而成为导弹制导分析判断的原始数据。因此，天线罩的制造精度直接影响到导弹的瞄准精度和使用性能。
天线罩外廓形为三维高次幂曲面形状簿壁零件，孔深径小，加工中精确测量十分困难。能否精确地制造出设计给定的天线罩几何尺寸形状，就成为导弹研制中的关键技术。天线罩几何精度测量包括外廓形形位精度、圆跳动、壁厚和端面跳动。现有技术中这些测量通常是分别进行的，其中复杂外廓形形位精度测量常用三坐标测量仪测量，操作麻烦，效率不高，成本较高。壁厚测量也可以采用三坐标测量仪，测出内廓形尺寸，经过与外廓形比较计算间接得到壁厚尺寸。这种方法测量需多次安装，中间转换环节多，测量结果精度很低，难以实用。所以通常的作法是人工用卡钳对天线罩局部壁厚取点抽样测量，其结果不能准确地反映出真实壁厚，因而不能保证壁厚的制造精度。目前，尚无现成的检测仪器能对其进行准确的测量，因而制约了天线罩制造精度的提高，影响了导弹制导质量。
本实用新型的目的是为解决上述现有技术的不足，发明一种新型几何精度测量装置。采用计算机控制，一台机器上有两个测量工位，采用专用工装，测量安装简单，操作方便，使用可靠。采用滚动丝杠传动副和滚动导轨传动精度高，使用寿命长。测量装置调试和维修方便，测量准确、迅速、经济。测量结果经过数据处理可在计算机显示屏上显示出二维或三维图形，直观、易懂。根据测量结果对天线罩进行精加工，可提高天线罩的制造精度和制导性能。
本实用新型采用的技术方案是导弹天线罩几何精度测量装置采用微机控制，由测量主机体、测量检测装置、运动传动装置组成。该装置为双测量工位立式结构，具有专用工装[Ⅰ]和专用工装[Ⅱ]。测量天线罩外廓形形位精度、圆跳动、端面跳动的工位布置在装置的右边，测量壁厚的工位布置在装置的左边，见附图1。测量主机体由基座[35]、立柱[25]、壁厚测量钳[20]、X向滑板[38]、Z向滑板[22]组成。测量检测装置由两个光电测长仪[19]、[57]，检测测头X方向和Z方向上位移的两个直线光栅尺和测取测头在工件上θ方向圆周角度(圆周分度)的两个光电编码器[1]、[44]组成。运动传动装置由伺服电机、蜗杆蜗轮传动副、滚动丝杠副或齿轮副组成。
X向滑板[38]装在基座[35]上，立柱[25]安装在X向滑板上，X向滑板由安装在基座上的X向伺服电机[32]通过蜗杆蜗轮传动副[33]、[34]传动滚动丝杠副[40]、[39]作X方向的移动，X向的位移量由X向直线光栅尺[36]、[37]测出，立柱[25]上装有Z向滑板[22]，Z向滑板由Z向伺服电机[28]通过蜗杆蜗轮传动副[29]、[30]传动滚动丝杠副[31]转动，使Z方向滑板移动，Z向的位移量由Z向直线光栅尺[26][27]测出。
专用工装[Ⅰ]由锥形胎[46]，空心轴[48]，伸缩杆[51]，浮动球面胎[54]组成。其中锥形胎圆周方向的转动由装在基座[35]上的伺服电机[44]传动齿轮传动副[45]／[43]而得到。空心轴[48]通过轴承[47]装在锥形胎内孔中，空心轴下端固定在基座上，上端的内孔中装有可向外伸长、缩短的伸缩杆[51]。伸缩杆在空心轴上的位置由锁紧螺栓[49]、锁紧螺母[50]定位锁紧。能上、下弹性浮动的浮动球面胎[54]通过弹簧[52]安装在伸缩杆[51]上端的中心孔中。
专用工装[Ⅱ]由反顶尖座[3]、工件支架[10]、托轮架机构组成。反顶尖座[3]装在光电编码器[1]的轴上，通过支承轴承[2]安装在工件支架[10]的下端，工件支架[10]的上端装有托轮架机构。托轮架机构为对称型结构，呈120°夹角的托轮支架[5]上装有托轮[6]。
测量钳[20]上端通过小轴[21]铰接在Z向滑板上，测量钳可绕铰接点E顺时针转动，由棘轮[23]、棘爪[24]定位。测量壁厚的光电测长仪[19]装在测量钳[20]的头部，测量外廓形、圆跳动、端面跳动的光电测长仪[57]装在固定在Z向滑板上的测量仪支架[58]中，由旋钮[59]定位、锁紧。测量仪支架[58]的下端还装有测量端面跳动的方向转换直角测头[56]，它可以绕锁紧旋钮[60]轴线逆时针转动，测量端面跳动。
托轮架机构中，可以调整托轮支架[5]在工件支架[10]上的位置。调整机构由双蜗杆轴[17]、蜗轮[16]、丝杠[14]组成，见附图3。双蜗杆轴[17]通过轴承[18]装在工件支架[10]的方形框架上。同蜗杆啮合的蜗轮[16]装在丝杠[14]轴上，丝杠转动带动托轮架左右移动，由工件支架上的固定板[12]和螺钉[13]固定。
两个托轮在测量时是不转动的，当对工件进行圆周分度时，两个托轮可以转动。转动托轮的手动机构由手动旋钮[11]、蜗杆蜗轮传动副[9]、[8]、托轮[6]、小轴[7]组成，见附图4。
测量时，先进行外廓形形位精度测量。测量前要先知道天线罩外廓形理论轮廓曲线上以一定规律分布的一系列离散点的坐标值，将测量得到的各点的实际坐标值与相对应已知离散点的坐标值相比较，就可以得到相对偏差值，再经过数据处理、误差评定就可以得到外廓形形位精度。将天线罩大端向下安装到专用工装[Ⅰ]上，用天线罩内廓面由浮动球面胎[54]和锥形胎[46]定位。可以手动或自动控制调整光电测光仪[57]X向、Z向位置，使其以一定预压量压在天线罩的外廓面上。从天线罩大端向上沿着母线逐点测量。一条母线测量完毕后，天线罩转动一个角度θ，再测另一条母线，直至全部测完。
锥形胎[46]可带动工件连续回转，这时光电测长仪可测出圆周母线圆跳动值。
利用测量支架上的方向转换直角测头[56]可以测量天线罩的端面跳动。先松开锁紧旋钮[60]，逆时针转动直角测头[56]，使其压向光电测长仪[57]，手动或自动控制调整光电测长仪[57]的X方向和Z方向位置，使直角测头的另一直角触头压向天线罩的端面，锥形胎带动工件连续回转，即可测出端面跳动值。
壁厚的测量在专用工装(Ⅱ)上进行，将天线罩尖端向下安装到反顶尖座[3]和两个托轮[6]之间，利用外廓形测量中母线上离散点的X向、Z向坐标值，采用直接在工件廓面法线方向上测量壁厚的方法进行测量。调整测量钳[20]的位置使测量钳下端的测量钳口，一端与天线罩内廓面接触，另一端上装有光电测长仪[19]，其测头与外廓面接触，由大端向下测量。测量钳与Z向滑板的铰接点E，在测量中按预先设置好的轨迹运动。测量钳在测量中可绕E点摆动，因为测头是装在与被测点切点切线相垂直的法线方向上，测头在测量中始终沿测点的法线方向移动，见附图1。测量钳沿天线罩一条母线测量的一个行程中，测量头上的输出就是这一母线上各点对应的壁厚误差值。一条母线测量完毕，用手动机构进行分度，工件转动一个θ角至另一条母线，再进行测量，直至全部测量完毕。
本实用新型采用了专用工装，对测量环境要求低。测量装置的柔性好，可适应最大外形尺寸φ450mm×1000mm以内的各类天线罩的几何精度测量，误差分析评定。测量耗时少，效率高。测量装置结构简单，功能多，使用性能好，实现了测量基准与天线罩的设计，装配基准重合，所以测量精度高，质量好。
附图1是测量装置的传动、结构示意图。
附图2是测量装置的侧面传动、结构示意图。
附图3是测量装置的K向局部视局。
附图4是测量装置的M向局部视局。
其中Ⅰ－专用工装，Ⅱ－专用工装，1－光电编码器，2－轴承，3－反顶光座，4－被测天线罩，5－托轮支架，6－托轮，7－小轴，8－蜗轮，9－蜗杆，10－工件支架，11－手动旋钮，12－固定板，13－螺钉，14－丝杠，15－支承轴承，16－蜗轮，17－双螺杆轴，18－支承轴承，19－光电测长仪，20－测量钳，21－小轴，22－Z向滑板，23－棘轮，24－棘爪，25－立柱，26、27－直线光栅尺，28－Z向伺服电机，29－蜗杆，30－蜗轮，31－丝杠，32－X向伺服电机，33－蜗杆，34－蜗轮，35－基座，36、37直线光栅尺，38－X向滑板，39－螺母，40－丝杠，41－光电编码器，42－小齿轮，43－大齿轮，44－θ向伺服电机，45－齿轮，46－锥形胎，47－轴承，48－空心轴，49－锁紧螺栓，50－锁紧螺母，51－伸缩杆，52－弹簧，53－轴承，54－浮动球面胎，55－被测天线罩，56－直角测头，57－光电测长仪，58－测量仪支架，59－锁紧旋钮，60－锁紧旋钮。
附图1是本实用新型的一个实施例，结合
其细节。当测量天线罩外廓形时，先依据天线罩规格尺寸大小调整专用工装(Ⅰ)上的安装高度。松开锁紧螺母[50]，调整伸缩杆[51]在空心轴[48]中的长度，调好后拧紧锁紧螺母[50]。外廓形的测量采用座标法测量。光电测长仪[57]在XOZ平面内，以一定预压量压在被测天线罩表面上，安装光电测长仪的测量仪支架[58]在X方向和Z方向的运动分别利用控制伺服电机[32]、[38]的运动而得到。将光电测长仪测得的外廓形各点的实际坐标值与相对应已知点的理论坐标值相比较，再经数据处理、误差评定就得到外廓形形位精度。测量天线罩的壁厚时，依据天线罩规格尺寸调整托轮[6]的位置，以保证天线罩中心线与立柱轴线间倾角不变。利用附图3所示的手动机构，手工转动双蜗杆轴[17]、蜗轮[16]、传动丝杠[14]带动托轮支架[5]移动，托轮架带动托轮移动。距离调好后，拧紧固定板[12]上的螺钉[13]，将托轮支架固定在工件支架[10]上。然后将天线罩安装在反顶尖座[3]和两个托轮之间进行测量。天线罩壁厚的测量采用直接在工件廓面法线方向测量方法，测量时测量钳的测头靠自重压在天线罩内壁上，光电测长仪[19]的测头与天线罩外壁始终保持接触。测量钳的运动由X向和Z向伺服电机驱动，按预先设置好的轨迹运动，测量一条母线时，因天线罩法向壁厚不均匀引起的测量钳绕E点的摆动量即为法向壁厚的误差值。
在本例中，外廓形测量精度为±0．05mm，壁厚测量精度为±0．01mm。
权利要求1．一种导弹天线罩几何精度测量装置采用工业计算机控制，其特征是由测量主机体、测量检测装置、运动传动装置组成，该装置为双测量工位立式结构，具有专用工装[Ⅰ]和专用工装[Ⅱ]，测量天线罩外廓形形位精度、圆跳动、端面跳动的工位布置在装置的右边，测量壁厚的工位布置在装置的左边，测量主机体由基座[35]、立柱[25]、壁厚测量钳[20]、X向滑板[38]、Z向滑板[22]组成，测量检测装置由两个光电测长仪[19]、[57]，检测测头X方向和Z方向上位移的两个直线光栅尺和测取测头在工件上θ方向圆周角度(圆周分度)的两个光电编码器[1]、[44]组成，运动传动装置由伺服电机、蜗杆蜗轮传动副、滚动丝杠副或齿轮副组成。
2．如权利要求1所述的导弹天线罩几何精度测量装置，其特征是X向滑板[38]装在基座[35]上，立柱[25]安装在X向滑板上，X向滑板由安装在基座上的X向伺服电机[32]通过蜗杆蜗轮传动副[33]、[34]传动滚动丝杠副[40]、[39]作X方向的移动，X向的位移量由X向直线光栅尺[36]、[37]测出，立柱[25]上装有Z向滑板[22]，Z向滑板由Z向伺服电机[28]通过蜗杆蜗轮传动副[29]、[30]传动滚动丝杠副[31]转动，使Z方向滑板移动，Z向的位移量由Z向直线光栅尺[26] [27]测出；专用工装[Ⅰ]由锥形胎[46]，空心轴[48]，伸缩杆[51]，浮动球面胎[54]组成，其中锥形胎圆周方向的转动由装在基座[35]上的伺服电机[44]传动齿轮传动副[45]／[43]而得到，空心轴[48]通过轴承[47]装在锥形胎内孔中，空心轴下端固定在基座上，上端的内孔中装有可向外伸长、缩短的伸缩杆[51]，伸缩杆在空心轴上的位置由锁紧螺栓[49]、锁紧螺母[50]定位锁紧，能上、下弹性浮动的浮动球面胎[54]通过弹簧[52]安装在伸缩杆[51]上端的中心孔中；专用工装[Ⅱ]由反顶尖座[3]、工件支架[10]、托轮架机构组成，反顶尖座[3]装在光电编码器[1]的轴上，通过支承轴承[2]安装在工件支架[10]的下端，工件支架[10]的上端装有托轮架机构，托轮架机构为对称型结构，呈120°夹角的托轮支架[5]上装有托轮[6]；测量钳[20]上端通过小轴[21]铰接在Z向滑板上，测量钳可绕铰接点E顺时针转动，由棘轮[23]、棘爪[24]定位，测量壁厚的光电测长仪[19]装在测量钳[20]的头部，测量外廓形、圆跳动、端面跳动的光电测长仪[57]装在固定在Z向滑板上的测量仪支架[58]中，由旋钮[59]定位、锁紧。测量仪支架[58]的下端还装有测量端面跳动的方向转换直角测头[56]，它可以绕锁紧旋钮[60]轴线逆时针转动，测量端面跳动。
3．如权利要求1或2所述的导弹天线罩几何精度测量装置，其特征是托轮架机构中，可以调整托轮支架[5]在工件支架[10]上的位置，调整机构由双蜗杆轴[17]、蜗轮[16]、丝杠[14]组成。双蜗杆轴[17]通过轴承[18]装在工件支架[10]的方形框架上，同蜗杆啮合的蜗轮[16]装在丝杠[14]轴上，丝杠转动带动托轮架左右移动，由工件支架上的固定板[12]和螺钉[13]固定。
4．如权利要求3所述的导弹天线罩几何精度测量装置，其特征是两个托轮可以转动。转动托轮的手动机构由手动旋钮[11]、蜗杆蜗轮传动副[9]、[8]、托轮[6]、小轴[7]组成。
专利摘要本实用新型属于导弹天线罩几何精度测量装置领域。该装置采用微机控制,由测量主机体、测量检测装置、运动传动装置组成,有两个测量工位为立式结构,有两个专用工装。测量主机体由基座、立柱、测量钳,X向、Z向滑板组成。采用滚动丝杠传动副传动精度高、使用寿命长。可以测量天线罩外廓形形位精度,圆跳动,端面跳动和壁厚。测量安装简单、操作方便。测量精度高,测量结果可以以数据方式、二维、三维图形方式输出。
文档编号G01B11/24GK2413264SQ9921347
公开日2001年1月3日 申请日期1999年6月22日 优先权日1999年6月22日
发明者郭东明, 贾振元, 王晓明, 马清武, 王伟, 徐志祥, 姚宝国, 赵福令 申请人:大连理工大学, 中国航天工业总公司第二研究院二十五所