一種大型設備自動對中的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及控制方法，特別涉及一種大型設備自動對中的方法。
【背景技術】
[0002] 在航空航天等領域，常常需要將兩個或多個大型設備進行姿態對中，使其姿態統 一，能夠對接形成一個整體進行工作。例如，將鋪設有長導軌的兩臺大型設備快速對接，使 兩設備上的導軌共線，從而形成一段可供其它設備行走的連續的運行軌道，而兩設備初始 的安放及運行存在較大的偏差，需要將其進行對中調整（稱之為"直線對中"）。一般來說， 兩個大型設備只需一個具備對中調整能力即可，為方便描述，我們將具備對中能力的設備 稱為對中設備，另一設備稱為目標設備。
[0003] 在傳統的大型設備對中方法中，多采用手工測量偏差、人工搖動螺旋升降機實現 調整，該對中方法精度較低，多用于對中設備與目標設備均處于同一地面軌道，初始姿態偏 差較小且對對中時間要求不高的場合。
[0004] 專利"一種快速對中方法"在傳統對中方法基礎上發展而來，采用了自動測量與自 動對中，其特點是采用1組6個激光測距傳感器，通過測量對接面處不同點的距離，解算獲 得六自由度偏差，對中設備采用2個橫移油缸、4個升降油缸實現對中姿態調整，具有對中 速度快的特點。由于其基于端面對中，所以該方法需要激光測距傳感器安裝面，主目標設備 感應面具有較大的特征尺寸，否則很難獲得準確的角度偏差，另外，測距傳感器安裝精度及 其安裝面、感應面的加工精度要求也較高，需要特殊保證。
[0005] 論文《基于激光跟蹤定位的部件對接柔性裝配技術》（梅中義，北京航空航天大學 學報Vol35No. 1，2009年1月）介紹了一種自動對中方法，用于大型飛機部段數字化自動 裝配領域，其特點是在需要對接的飛機部段上設置若干定位基準點，并安裝光學目標反射 器，通過激光跟蹤儀測量飛機部件上的光學目標點位置，獲得定位基準點位置信息，該信息 與產品數據集下達的飛機部件模型經由數據處理模塊對比后，將計算數據傳給運動控制部 分，從而驅動各部段下方的柔性定位工裝工作站調整飛機部件的位姿，直到定位基準點到 達公差范圍內的目標位置上，其中柔性定位工裝工作站由多個不同位置的柔性定位工裝 組成，實現飛機部段的復合運動。此方法適合對具有復雜外形與接口的設備或部段進行對 中，但需依托詳盡、準確的數字化設計模型，且對產品生產狀態與設計狀態的一致性要求很 高，對于外形尺寸不一、加工裝配精度較低的大型設備，該方法難以適用。
[0006] 另外，論文《六自由度船臺合攏自動對中系統》（付全等，液壓氣動與密封， 2004(3) :13-15)介紹了一種艦船分段與基準總段拼裝技術；論文《大型法蘭位置自動對中 系統分析》（烏建中等，機電一體化，2008(12) :83-86)介紹了一種海上風力發電機組大型 法蘭定位安裝方法。以上三種方法均應用于工藝總裝配環節，對中設備的準備工作相對較 多，自動對中技術指標偏重于精度要求，對時間要求相對寬松，且艦船拼裝采用的船臺合攏 自動對中系統需人工輸入初始姿態信息，大型法蘭安裝所采用的液壓自動對中系統適用于 對中設備呈空間自由狀態的豎向對中，均不適用于兩個超長產品的快速對中。
[0007] 綜上所述，實現大型設備對中的控制目前還未有成熟技術出現。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的是克服傳統技術的不足，突破現有自動對中方法的條件限制，提供 一種可以通過閉環控制系統實現兩個或多個超長產品相對位姿的快速對中，原理簡單，配 套設備少，易于實現全程無需人工干預，對中效率高的大型設備自動對中的方法。
[0009] 為達上述目的，本發明提供的一種大型設備自動對中的方法，該方法設置測量系 統、控制系統和調整裝置，所述測量系統設有觀測儀，所述控制系統設有位置傳感器，所述 調整裝置分為前、后2個，分別設有2套升降機構和1套橫移機構，該方法包括如下步驟：
[0010] 步驟1，對中設備與目標設備就位，準備對中；
[0011] 步驟2,啟動所述測量系統，偏差測量數據輸入所述控制系統；
[0012] 步驟3,所述控制系統提取滾轉偏差數據，判斷是否需要滾轉調整，確認需進行調 整后，所述控制系統計算調整量并驅動所述調整裝置完成滾轉調整動作，根據位置傳感器 反饋的調整到位信號向所述測量系統發出下一次測量指令，直至滿足滾轉判據為止；
[0013] 步驟4,所述控制系統提取橫擺、俯仰偏差數據，判斷是否需要橫擺、俯仰調整，確 認需進行調整后，所述控制系統計算調整量并驅動所述調整裝置完成橫擺、俯仰調整動作， 根據位置傳感器反饋的調整到位信號向所述測量系統發出下一次測量指令，直至滿足橫 擺、俯仰判據為止；
[0014] 步驟5,控制系統提取橫移、升降偏差數據，判斷是否需要橫移、升降調整，確認需 進行調整后，控制系統計算調整量并驅動調整裝置完成橫移、升降調整動作，根據位置傳 感器反饋的調整到位信號向所述測量系統發出下一次測量指令，直至滿足橫移、升降判據 為止；
[0015] 步驟6,對中完成，對中設備行進，與目標設備對接鎖定，對接完畢。
[0016] 本發明提供的一種大型設備自動對中的方法，其中所述步驟3進一步包括：所述 控制系統將滾轉偏差數據與滾轉判據比較，滾轉判據為：Ar= |Pl-qi|彡[Ar]，其中Pl、qi 為前靶標豎向刻度值，Ar為滾轉偏差實際觀測值，[Ar]為允許的滾轉偏差量，如果需要
a為靶標寬度，B為升降機左右間距，Hn、H12、H21、H22分別為前左、前右、后左、后右升降機構 的調整量。
[0017] 本發明提供的一種大型設備自動對中的方法，其中所述步驟4進一步包 括：所述控制系統將橫擺、俯仰偏差數據分別對應與橫擺、俯仰判據比較，橫擺判據為
叫為前靶標橫向刻度值，m2、n2S后靶標橫向刻度值，Pl、(^為前靶標豎向刻度值，p2、 %為后靶標豎向刻度值，As為橫擺偏差實際觀測值，[As]為允許的橫擺偏差量，At 為俯仰偏差實際觀測值，[At]為允許的俯仰偏差量，如果需要橫擺、俯仰調整，所述調
S為前后橫移或者升降機構間距，L1(]、L2。分別為前、后橫移機構的調整量，正值表示伸出，負 值表示縮回。
[0018] 本發明提供的一種大型設備自動對中的方法，其中所述步驟5進一步包 括：所述控制系統將橫移、升降偏差數據分別對應與橫移、升降判據比較，橫移判據為
為前靶標豎向刻度值，U為橫移偏差實際觀測值，[U]為允許的橫移偏差量，V為升降偏差 實際觀測值，[V]為允許的升降偏差量；如果需要橫擺、俯仰調整，所述調整裝置的調整量
其中正值表示伸出，負值表示縮回。
[0019] 本發明一種大型設備自動對中的方法的優點是：由于設置了測量系統、控制系統 和調整裝置，采用"直線對中"的方法，解決端面較小的大型設備采用"端面對中"時測量誤 差較大的問題。本方法原理簡單，配套設備少，更容易實現，從偏差測量、識別、解算、執行、 控制及反饋各環節均自動執行，全程無需人工干預，具有較高的對中效率。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明大型設備自動對中的方法中偏差測量的原理圖；
[0021] 圖2為本發明大型設備自動對中的方法中偏差測量的安裝示意圖；
[0022] 圖3為本發明大型設備自動對中的方法中對中設備的安裝示意圖；
[0023] 圖4為圖3的俯視圖；
[0024] 圖5為本發明大型設備自動對中的方法的流程圖；
[0025] 圖6為自動對中過程靶標成像的示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖詳細說明本發明一種大型設備自動對中的方法的實施例。
[0027] 如圖1至圖4所示，本發明提供的一種大型設備自動對中的方法，應用自動對中技 術，包括測量系統30、控制系統40和調整裝置，使對中設備2具備偏差測量能力及多自由 度調整、控制能力，從而完成與目標設備1的姿態測量與對中調整。
[0028] 測量系統30包括觀測儀4、前后靶標5、6。兩個靶標安裝在目標設備1上，其中心 連線代表目標設備1的特征姿態。觀測儀4安裝在對中設備2上，通過視線標定裝置校準 使觀測儀視線代表對中設備2的特征姿態。
[0029] 視線標定裝置通過觀測儀4對前、后靶標5、6拍照、進行圖像識別、解算得到對中 設備2與目標設備1存在的位姿偏差，將偏差信息傳入控制系統40。
[0030] 調整裝置分為前、后2個，分別包括2套升降機構9-12、1套橫移機構7、8。控制系 統40根據預置的公式進行解算，得到調整裝置需完成的調整量，驅動調整裝置的執行機構 進行調整對中：包括由4路升降機構9-12進行左、右差動完成滾轉調整；由前、后橫移機構 7、8差動完成橫擺調整；由4路升降機構9-12進行前、后差動完成俯仰調整；由前、后橫移 機構7、8同步動作完成橫移調整；由4路升降機構9-12同步動作完成升降調整。
[0031] 由于對中需完成5個自由度調整，故可有多種不同的調整順序，進而對應不同的 對中效率。因此，需確定合理的對中調整順序，以實現對中時間最小化。遵循先角度調整， 后平移調整的順序，避免反復；同時由于滾轉調整與俯仰調整共用一套調整機構，無法同時 進行調整，因此將整個對中調整過程分為三大步驟，分別為調滾轉，調平行（橫擺與俯仰）、 調共線（橫移與升降）。由于滾轉調整后靶標成像更有利于識別與解算，因此，將調整順序 定為首先調