一种异型腔体辐射单元的快速装配方法与流程

本发明涉及通讯技术领域，具体涉及一种异型腔体辐射单元的快速装配方法。

背景技术：

相控阵技术近年来得到了快速地发展，因其无可比拟的性能优势，对雷达系统发展带来了深刻的影响，并在广泛应用于各种雷达系统中。随着世界军事技术的发展，对相控阵雷达系统的战术、技术指标的要求越来越高。

辐射单元是构成相控阵天线的基本结构单元与关键构件，它能有效地辐射或接收无线电波，单部雷达需求量巨大(几千至上万个)，立体装联密度与精度要求高。而辐射单元对于预定安装位置的装配误差，会引起单元上的电流和口径场的相位分布，以致引起天线增益下降、副瓣电平升高和波束指向不准确等，即降低相控阵天线的电性能。

当前常用的辐射单元为薄壁异型腔体结构，基本上都不能用常规的机械加工方法制造，或者将其分解成几个结构件分别加工，再将其通过钎焊连接成单元腔体，或者是采用温挤成型等工艺方法加工。由于其工艺的特殊性，制造成型的辐射单元精度一致性不好、离散性大，很难保证较高的设计精度要求。

辐射单元装配难点主要体现在：异型腔体结构，大批量装配时传统测量手段难以准确、快速获取装配参数信息(位置、尺寸及其精度)，装配精度影响因素众多、协调难度大，传统依靠经验试装的手段，难以保证一次装配成功率。

目前，辐射单元以人工装配为主，依靠专用工装装配时，经常会出现相邻辐射单元腔体口沿相互挤压的情况，需要反复试装、拆装，费时费力，且装配精度、一致性不高，各单元间的耦合间隙不好保证；导致天线电性能达不到预期技术指标，且装配周期长，反复率高约30％，结构协调困难占用周期达30％。

技术实现要素：

基于以上背景技术，本发明提供一种异型腔体辐射单元的快速装配方法，为自动化装配过程中机械手末端夹爪提供基于灰度差快速算法的外轮廓特征精确尺寸参数，解决相控阵天线常用辐射单元大批量装配过程时存在的反复拆装、效率低、安装精度与一致性差等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种异型腔体辐射单元的快速装配方法，包括以下步骤：

s1：梳理辐射单元装配特征要素；

s2：创建特征要素匹配模板库；

s3：装配特征图像采集与预处理；

s4：装配特征轮廓识别；

s5：装配特征三维重构；

s6：基于制造精度的辐射单元分组；

s7：辐射单元选配排布方案求解；

s8：基于实测数据的装配精度实时预测与控制。

具体的，s1中辐射单元装配特征要素包括：辐射单元的几何特征区域及其尺寸公差要求。

具体的，s2：创建特征要素匹配模板库并将其预置在系统内。

具体的，s3中装配特征图像的预处理是通过滤波去除图像的噪声，修正并增强与装配特征要素相关的目标识别区域。

具体的，装配特征轮廓识别具体过程为：

数字图像中的辐射单元轮廓呈现高亮度状态，基于灰度差提取边缘的像素点，在得到辐射单元特征边缘的大致位置信息后，通过算法在其中筛选符合灰度差、极性变化要求的点组；再利用最小二乘法将这些点组拟合出线，即精确重绘了辐射单元轮廓线并求出其中心点位置。

具体的，装配特征三维重构别具体过程为：

利用工业相机标定的结果和图像特征提取之后的图像坐标，获取辐射单元的装配特征在世界坐标系的坐标位置，计算出辐射单元上沿口沿及其中心点，底部凸台及其圆心点，姿态偏差角，采用空间位姿矩阵变换方法获取辐射单元装配特征的空间位姿信息。

优选地，基于制造精度的辐射单元分组分为偏差大、偏差中等和偏差小的组别。

具体的，s7中辐射单元选配排布方案求解是通过建立“约束满足问题”数学模型并进行最小方差求解。

具体的，基于实测数据的装配精度实时预测与控制具体过程为：

针对装配过程中不同类型的偏差源，对几何特征在位置与方向上的偏差信息、偏差约束信息进行定量描述，实现偏差几何特征与关联实体之间拓扑关系的定性描述；通过定性信息描述偏差传递的方向及范围，通过定量信息描述偏差在不同传递路径上的影响大小；装配完成后，对结果进行分析，判断累计偏差是否符合装配精度的要求，并查找和定位影响偏差的关键因素，若装配精度实测值不满足精度要求，则需对该组件中的辐射单元进行拆卸、调整。

本发明的有益效果

本发明提供的异型腔体辐射单元的快速装配方法大幅提升辐射单元装配的精度、一致性，保证产品质量的批次稳定性；可实现辐射单元的装配特征快速测量与装配方案自动规划，大幅减少装配准备周期；可自动优化装配过程，避免辐射单元装配过程的挤压，减少反复试装、拆装过程。

附图说明

图1为辐射单元快速装配方法流程图；

图2为本发明一个优选实施例中辐射单元快速装配工艺过程。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据以上发明的内容做出一些非本质的改进和调整。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种异型腔体辐射单元的快速装配方法，如图1所示，包括以下步骤：

s1：确定辐射单元装配特征要素

本发明的辐射单元装配特征要素是指关系到辐射单元实物装配质量的关键几何特征区域(如安装孔、口沿边缘等)及其尺寸公差要求，这些几何特征是由轮廓(点)组成，对应机器视觉中数字图像的边缘点，也就是灰度发生突变的点。

通过装配特征要素分析，确定关键特征的位置及其几何分布，把辐射单元关键特征在二维图像映射中的重要信息更清楚地表示出来，便于后续机器视觉识别与处理。

s2：创建特征要素匹配模板库

按辐射单元装配工艺技术要求，将待检测的特征要素分别创建成目标识别区域匹配模板(即roi)，形成匹配模板库，预置在系统内，为后续算法提供装配特征提取的条件输入。

s3：装配特征图像采集与预处理

在工业装配现场环境下获取辐射单元图像信息在转换、采集、传输、存储等过程中，不可避免地存在着外部或内部干扰(即噪声)。噪声恶化图像的质量，使图像模糊、特征淹没，给特征要素识别与分析带来困难。图像预处理是通过滤波去除图像的噪声，修正并增强与装配特征要素相关的目标识别区域，方便后续装配特征轮廓检测。

s4：装配特征轮廓识别

数字图像中的辐射单元轮廓呈现高亮度状态，可以基于灰度差提取边缘的像素点，在得到辐射单元特征边缘的大致位置信息后，通过算法在其中筛选符合灰度差、极性变化等要求的点组。再利用最小二乘法将这些点组拟合出线，即精确重绘了辐射单元轮廓线并可求出其中心点位置。

s5：装配特征三维重构

辐射单元装配特征的三维重构是指利用工业相机标定的结果和图像特征提取之后的图像坐标，获取辐射单元的装配特征在世界坐标系的坐标位置，从而计算出辐射单元上沿口沿及其中心点，底部凸台及其圆心点，姿态偏差角等参数，采用空间位姿矩阵变换方法获取辐射单元装配特征的空间位姿信息。为后续装配提供辐射单元的实例特征参数信息。

s6：基于制造精度的辐射单元分组

通过装配特征轮廓识别和三维重构技术可以快速获取辐射单元的关键装配特征参数，即辐射单元的制造尺寸实测值，并由此可以获得各辐射单元的制造尺寸偏差。一般而言，同一制造批次的辐射单元的制造偏差服从正态分布，因此，根据装配精度的要求可以实现辐射单元关于制造尺寸偏差的分组。在实际的分组过程中，可以分为偏差大、偏差中等和偏差小等组别，或根据具体的装配精度要求进行更细的划分。

s7：辐射单元选配排布方案求解

辐射单元的选配排布可以用“约束满足问题”(constraintsatisfactionproblem，csp)进行求解，各辐射单元的制造偏差对应于csp中的变量，辐射单元的选配排布对应于csp中的值域，而装配精度要求对应于csp中的约束，即待装配辐射单元与已安装的相邻单元的中心距应满足精度要求、所有相邻的辐射单元中心距的偏差都尽可能小或所有中心距偏差的总方差最小；因此，求解辐射单元最佳排布方案的过程是，遍历所有辐射单元排布方案，选出中心距偏差的总方差最小且满足装配精度要求的辐射单元排布顺序，就是csp的解。

s8：基于实测数据的装配精度实时预测与控制

装配过程几何定位/定向偏差、操作执行偏差等会造成实际装配质量与求解的预期值有所偏差。针对装配过程中不同类型的偏差源，对几何特征在位置与方向上的偏差信息、偏差约束信息等进行定量描述，实现偏差几何特征与关联实体之间拓扑关系的定性描述。通过定性信息描述偏差传递的方向及范围，通过定量信息描述偏差在不同传递路径上的影响大小。装配完成后，对结果进行分析，判断累计偏差是否符合装配精度的要求，并查找和定位影响偏差的关键因素，若装配精度实测值不满足精度要求，则需对该组件中的辐射单元进行拆卸、调整。

图2为本发明一个优选实施例中辐射单元快速装配工艺过程：

准备好图像采集系统并进行系统校准，以确定三维空间坐标点与图像中的对应点之间的转换关系。采集辐射单元的口沿边缘、底板、安装孔等特征并进行图像预处理。

再根据特征要素匹配模板进行搜索匹配，基于灰度差进行轮廓拟合，从而识别并精确重构几何特征，按照校准的转换关系，计算出每个辐射单元实例的特征几何参数信息。

对辐射单元按制造精度的高低进行分组，选取8个辐射单元，分别读取其实测特征几何参数信息，依次对每个排布方案求解中心距偏差的总方差，并迭代更新最佳排布方案。

根据最佳排布方案进行辐射单元装配并进行精度检测，如果装配后辐射单元位置精度不满足设计要求，拆卸、替换不满足要求的辐射单元，并重复进行排列、装配迭代，直到调整后的所有辐射单元符合要求。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。