迈卓诺光笔测量仪在NASA空间站项目中的应用

国际金属加工网 2017年02月21日

迈卓诺光笔测量仪系统,是利用摄影测量技术, 通过工业相机空间定位一个测头装置,实现空间坐标的采集。 简单、轻便,却可以实现长达30米的精确测量,而且具有出色的隐藏点测量和独特的多点同步测量能力,迈卓诺光笔测量仪是真正适合现场测量的新一代大尺寸便携式坐标测量机

美国的空间站项目, 主要是由NASA和Boeing合作完成的。自从1996年以来, 迈卓诺光笔测量仪系统便被采用, 参与到空间站项目的各个检测环节, 为空间站项目的成功做出了突出贡献。

1. 外形尺寸检测:

航天器舱体外型尺寸主要需要检测舱体端面的平面度,两端面平行度,舱体长度以及两个端面分别对中轴线的垂直度等,公差要求在0.2mm以内。这是空间站最基本的尺寸检测需求。其中单个舱体的长度一般在3-8米, 总体船体一般不超过20米。 而迈卓诺DUO型光笔测量仪,作为一套便携式大尺寸坐标测量系统,其测量范围达30米, 在20米范围内精度小于0.2mm, 可以很好地满足检测需求。测量时,只要把相机架设好,手持轻型测头,就可以对各个被测几何元素进行采点、测量,并实时给出检测结果,测量快速而方便。

2. 航天器舱体的对接

空间站舱体都很大,要实现精确的对接、装配,是一项复杂而艰巨的工作。一般需要制作专用的精密、昂贵的夹具,以确定对接舱体的位置和姿态。对接过程也费力、费时。而借助于迈卓诺光笔测量仪系统,这项工作变的相对简单,而且也不再需要专用的夹具系统。

除了采用测头采点,光笔测量仪系统还有另外一种测量方式。借助于LED光靶组件(离散光靶),相机可以同时测量多个LED光靶,进行多点同步测量。对接工艺是这样的:首先,用手持式测头测量一个舱体的基准,建立此舱体的坐标系,作为基准坐标系,这个舱体是固定不动的;然后用手持式测头测量另一个舱体的基准元素,可以得到这个舱体相对于基准坐标系的偏差,这个舱体是要向固定舱体移动,以实现对接;接着,将多个LED光靶固定于移动舱体上,光笔测量仪通过同步测量这些个光靶,可以动态实时监控移动舱体的位置和姿态(六维参数);只需借助于一个带有前后、左右、上下三个方向调节装置的普通通用夹具系统,就可以实现精确的对接。这套对接工艺在NASA已经应用了近20年,已经成为一种标准工艺。

3. 舱体对接仿真实验

我们知道,空间站项目是大工程,可能耗时多年完成。各个舱体需要分步发射到太空, 然后在太空对接、组装,而不是在地面上组装好后整体发射。可能前一个舱体发射升空后,下一个舱体要时隔一年或几年才升空。如何保证在太空的对接能够顺利完成,是一个巨大的挑战。

借助迈卓诺光笔测量系统,NASA的工作小组成功的解决了这一难题。首先,测量各舱体连接部位的重要特征,并做“逆向工程”。利用Metronor光笔测量系统,测量“实际完工”舱体的连接部位的主要几何元素,利用这些数据建立CAD数模。然后再测量要与这个舱体进行对接的舱体,进行同样的工作并建立其CAD数模。在获得了两个“实际制造”舱体的CAD数模后,就可以在CAD系统里进行“在轨”模拟对接(或叫对撞)测试,看二者是否可以完美对接。通过这种工作,可以有效避免在实际对接中发生各种意料外的“惨剧”。

4. 连接电缆及连接器的干涉性检验

空间站在发射前进行实际模拟仿真对接,确认各连接电缆和连接部分有恰当的长度并没有干涉。利用Metronor的DUO光笔测量系统的多点同步测量功能,将多个LED离散光靶固定在各个舱体上,同步监控各舱体的空间位置和姿态的六维参数,进行在轨模拟。各舱体就位利用柔性工装辅助完成。

利用两套DUO测量系统和29个LED光靶,Boeing/NASA成功进行了舱体对接时各电缆和连接部分具有恰当的长度和恰当的位置,并保证没有干涉,通过进行在轨模拟,让航天员在地面的实验室进行电缆连接实验。

5. 航天器变形监控和测量

有了多点同步测量能力,变形监控很容易就可以实现。利用Metronor光笔测量系统的多点同步测量功能,将多个LED光靶固定在舱体表面,通过Metronor的DUO光笔测量系统进行实时同步测量,从而获取舱体在温度变化或其他作用因素下的动态变形数据。

由以上案例可以看到NASA/Boeing工作小组充分发挥了迈卓诺的光笔测量仪系统的特点,特别是多点同步测量的功能,将测量系统创造性地应用到多个环节,很多难题迎刃而解,为空间站项目节省了大量人力、物力和财力。而应用迈卓诺光笔测量仪系统的工作小组成员,也由于他们出色的工作受到了NASA的特别表彰。

迈卓诺公司与光笔测量仪产品简介

迈卓诺测量系统有限公司(Metronor AS)是一家专业从事大尺寸光学坐标测量设备制造商,总部位于挪威奥斯陆。上个世纪八十年代,基于摄影测量技术,迈卓诺公司开发了一系列光电式坐标测量系统——光笔测量仪。它简单、轻便,能够实现30米的精确测量, 并且具有出色的隐藏点测量能力和独特的多点同步测量能力。 20多年来,作为一套适用于车间现场的便携式大尺寸坐标测量系统,光笔测量仪被广泛应用于汽车、航空航天、工程机械发电设备等大型、重型行业,开创了大尺寸坐标测量技术的新纪元。


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