基于主动寻位的天线罩安装方法

基于主动寻位的天线罩安装方法

0基于主动寻位的天线罩安装方法优秀的地面屏蔽能力是保证高发射效率的保证。影响天线罩电性能优劣的关键因素之一是其内外表面的同轴度,即天线罩各处的壁厚均匀性。陶瓷材料天线罩,是一类形状复杂、壁薄的回转零件,其母线是一条高次曲线,安装时缺乏可靠的定位基准,且材料易碎。目前大多通过专用夹具,依赖熟练工人借助百分表、千分表等常规量具进行人工调整实现精确定位,这种方法的在线调整时间长、劳动强度大。因此,寻找一种定位方便、快速,且定位精度高的安装方法就显得非常重要了。本文针对天线罩现有安装方法中存在的问题,提出了一种基于主动寻位的天线罩安装方法。实验结果表明,该安装方法大大提高了天线罩定位精度,减轻了天线罩安装的工作量和难度,有效保证了其加工质量。1介质层ipd天线罩是保护导弹天线在恶劣条件下正常工作的屏障,但天线罩的存在,使得电磁波在透过一定壁厚的陶瓷介质后产生了一定的相位滞后。对于平面波,仅一次通过两种不同的无损耗、一定厚度的介质层的相移量之差,称为介质层的插入相位延迟(InsertionPhaseDelay,IPD)。由于介质层IPD的存在,必然导致电磁波通过介质层时产生一定的信号延迟而出现信号失真现象,因此,插入相位延迟IPD是衡量天线罩电性能的重要指标。对于天线罩而言,其插入相位延迟可表示为:φ=2πhλ(εr−sin2θi−−−−−−−−−√−cosθi)φ=2πhλ(εr-sin2θi-cosθi)(1)式中:h——天线罩法向几何厚度(mm);λ——电磁波的波长(mm);θi——电磁波的入射角(°);εr——天线罩材料的相对介电常数。对于一个特定的天线罩,在设定的工作波长和入射角条件下,由(1)式可知,影响IPD的因素是天线罩的法向几何厚度h和介电常数εr,但是对于已成型的天线罩毛坯,其介电常数已经无法修正。因此,在机械加工阶段,合理控制其加工精度是保证天线罩优良电性能的主要途径。2天线罩加工工艺在天线罩机械加工阶段,按照“先内后外”的工序原则进行工艺流程设计。首先,以天线罩的外型面作为定位基准,精加工其内型面。然后,以天线罩的内短锥孔及端面作为定位基准,精加工罩子的外型面的。图1描述了天线罩机械加工工艺流程。为了实现天线罩在机床上的安装,目前是:先把天线罩安装在内圆磨床主轴上的夹具里,利用调整机构调整天线罩在机床上的位置,满足要求后,便可进行天线罩内型面的精加工,如图2a,待内型面加工好后,再把天线罩大端面处的内短锥孔与外圆磨床主轴上的短心轴的外圆锥面贴合,以限制天线罩空间运动的五个自由度,采用抽真空负压方式夹紧工件,进行天线罩外型面的精加工,如图2b。3由于天然材料位置的安装误差的产生和分析3.1第二,现有的定位方式加着于天线罩不稳定根据图2可知,对于“长鼻锥式”结构天线罩,采用定位顶尖或者定位短锥作为定位元件,实际上仅仅约束了天线罩的三个自由度,导致天线罩处于欠定位状态。因此,现有的这种定位方式是很不可靠的。如图3所示,若定位元件由于制造、安装等误差,会使得天线罩实际轴线相对于其理想轴线产生位置偏差δx,δz,δy,虚线和实线分别表示天线罩实际和理想两种安装情况。3.2定位安装误差为了描述方便,以天线罩的端平面为xoy参考平面,以天线罩的轴线为z轴,建立工件坐标系o(x,y,z)。并假设pi(xi,yi,zi)、p′i(x′i,y′i,z′i)分别表示天线罩上某个点的理想位置坐标和实际位置坐标。根据图3可知,天线罩上各点的位置误差值不同的,沿着其轴线方向靠近尖部是其位置误差最大的区域。依据图中的几何关系,可以得到pi点的位置安装误差为:Δxi=δx+xicosεy+zisinεy(2)Δzi=δz+zicosεy-xisinεy(3)实验测试结果表明,当δx=0.007mm,δz=0.007mm,εy=5.357×10-5°时,就有max(Δxi)=0.0478mm,max(Δzi)=0.012mm。这一结果表明:由位置安装误差导致天线罩的最大同轴度误差将达到0.0478mm,远远大于其允许值0.03mm。为了保证天线罩的加工精度,目前采用人工调整的方法进行严格控制,但是调整的时间很长。3.3天线罩位置安装误差为了便于表述罩子的电性能,将图3中的pi点放大成一块具有法向矢量(nix,niy,niz)的微小平面pi-xoz(下标第一个字母表示微小平面的编号,第二个字母表示投影在xoz平面),如图4所示。从图中可以看到,由于罩子安装误差的存在,使得微小平面由理想位置pi-xoz变化为p′i-xoz。此时,电磁波在天线罩上的实际射入位置就变为了微小平面p′i-xoz。那么,由此将导致罩子在法向上的几何壁厚误差为Δhi、介电常数误差为Δεi=εi-ε′i。根据式(1),可以得到天线罩位置安装误差对其被测区域的IPD影响为:Δφ=2πΔhλ(εi−sin2θi−−−−−−−−−√−cosθi)+2πhλΔεi(εi−sin2θi−−−−−−−−−√)−1Δφ=2πΔhλ(εi-sin2θi-cosθi)+2πhλΔεi(εi-sin2θi)-1(4)pi点测试结果表明,当Δhi=0.03mm,Δεi=0.005时,就会导致IPD偏差为Δφ≥3°。而高性能的导弹要求天线罩的IPD偏差必须小于1°。因此,必须严格控制天线罩的位置安装误差,否则将不能满足天线罩电性能的使用要求。因此,寻求一种能集测量、调整于一体的安装方法,且使用方便、快捷、定位精确,就成为解决目前所遇到问题的关键途径了。4天线富有机床寻位安装天线罩的主动寻位安装方法主要涉及三个阶段:①天线罩在夹具上的初始主动寻位安装;②初始安装后形成的天线罩/夹具子系统在机床上的快速寻位安装;③天线罩外、内型面转换的快速安装。4.1工件位置检测天线罩的初始主动寻位就是主动找寻天线罩在夹具中的初始安装位置,并确定其姿态。这一控制策略包括两方面的内容:一是利用位置传感测量装置快速获取天线罩的表面信息;二是根据这些信息精确求解出天线罩在夹具中的实际状态。天线罩的初始主动寻位原理如图5所示,在初始寻位工作站上的工作台上安装有数控回转台,转台上放置一个刻划有一系列同心圆的圆盘,供安放工件时参考,不致使得工件对转台偏心太大。工件以端平面为基准被粗略地安放在转台中心上。在工件主动寻位过程中,采用照度均匀的柯拉照明方式并对被测工件进行平行光照射。在工件精确定位之前,用1024×1024的CCD摄像机和黑白图像采集卡对工件内轮廓边缘进行图像采集和处理。为了实现大范围测量,进一步降低单纯靠提高CCD摄像机性能而导致价格过高的成本,数控回转台带动工件旋转以获得工件圆周上的多幅图像。信息处理系统进行图像拼接和边缘提取,并根据相关算法计算出边缘像素点相应的几何位置信息,从而求得工件相对于机床的相对空间位置。操作人员可根据这些信息对工件进行有针对性地位置调整,从而实现了大型工件的快速精确定位。4.2地位/设计:地位/基于转型在初始寻位安装后,天线罩与夹具就形成了一个整体,即天线罩/夹具子系统,如图6所示。通过夹具中的精密寻位器的接口,可实现该整体与内圆、外圆磨床上的精密寻位器进行配合,从而实现天线罩/夹具子系统在内圆、外圆磨床上的快速寻位。4.3快速安装安装精加工天线罩外型面后,利用膨胀销,如图7,实现天线罩外型面至内型面的快速转换安装。这是一种采用伪静压膨胀技术制成的,它能够通过旋转心轴实现外部开槽套筒沿着径向均匀胀开,即保证了定位过程的可拆卸性,又消除了孔和销之间配合间隙的功能,定位精度在0.002mm以内。5天线罩安装误差的制造误差如图8所示,是天线罩的主动寻位安装的工作过程图,具体内容描述如下:①天线罩安放在初始寻位工作站上,以其内表面作为寻位基准主动寻找天线罩的位置,完成天线罩的定位,见图8a;②利用夹紧装置夹具天线罩,形成天线罩/夹具子系统;③通过寻位器接口,完成天线罩/夹具子系统与外圆磨床的快速寻位安装,见图8b;④通过膨胀销,将外型面精加工后的天线罩/夹具子系统转换为以天线罩的外型面为定位基准,实现其内型面基准至外型面基准的转换,如图8c;⑤利用夹紧装置夹具天线罩,形成天线罩/夹具子系统;⑥通过寻位器接口,完成天线罩/夹具子系统与内圆磨床的快速寻位安装,见图8d。在天线罩的主动寻位安装实验时,利用测量仪器、仪表测得天线罩初始主动寻位误差为δ0=0.01mm,精密寻位器的制造误差δ1=0.002mm,膨胀销的制造误差导致工件外、内基准的转换误差δ2=0.005mm。由此可得天线罩主动寻位安装的误差δ(忽略天线罩本身制造误差)为:δ=δ0+δ1+δ2=0.017mm(5)安装误差δ小于允许值0.03mm,可以满足天线罩的加工要求,且δ是系统常值误差,这可以采用工艺方法进行误差补偿,以进一步减小天线罩的安装误差对加工精度的影响。天线罩磨削实验表明,可以通过控制天线罩的磨削余量进行消除部分系统误差