基于CATIA V5系统的复杂机加件模线样板设计方法探索

模线样板是检验零件几何尺寸和外形轮廓的量具,在航空制造中有着极其重要的作用.对于复杂的机加件,其空间曲面的展开和结构轮廓的提取一直是机加件模线样板设计过程中的一个技术难题.针对飞机复杂机加零件模线样板设计中的两类典型问题提出三种有效、实用的解决方法,即"边界拟合曲面法"、"分割生长提取法"和"草图线面相合法".     

促进生产的新型组织机构——数控中心

为改变飞机生产的落后作业面貌,逐步走向计算机辅助设计和辅助制造道路。我厂根据过去的经验,尝到了新工艺新技术的甜头,在建立数模和数控图过程中,也离不开模线室,与理论外形有关的飞机大件更急需采用数控加工,于是我厂根据上述情况,于今年二月九日,将原数控站扩大,与专门生产飞机大件的机加车间和模线样板车间合并成为     

航空实物制造依据三维数字化测量及模型重建

实物制造依据包括样板、标准样件、模具等多种类型,由于种类形式各异、复杂曲面和复杂刻线并存,将其转化为数字化模型难度较大。在分析实物制造依据设计要素的基础上,综合采用摄影测量、结构光扫描测量和光学追踪的接触式测量,实现复杂实物制造依据三维数据的高精度完整采集;根据实物的大小、形式、复杂程度的不同给出测量策略和模型重建方法,提出一种以曲面外形与基准刻线等关键测量数据为基础、结合理论二维图纸的复杂实物数字化转化方法,精度能够满足要求,又大大提高了测量与模型重建的整体效率。     

CATIA软件用于机翼大型壁板CAD/CAM获成效

成都飞机工业公司在设计、制造某型飞机7项大型直纹面机翼壁板中,应用CATIA软件的SURF1功能,从建立数学模型、机翼数模曲面展开计算、绘制结构模线到数控加工,完全用计算机传递图形。将设计数据通过CATIA,在计算机荧屏上得到零件的展开图,并将此图直接应用在数控机床上加工零件。此项成果提高了程编效率,降低了出错率,并使依靠模线样板一模胎一展开实样一展开样板一外形投影样板一切面样板等工装的多环节传递工艺,改为计算机数字(图形)传递方式。同时,还可将展开图形绘制在明胶板上,直接用于检验零件。这种方法透明度高,精度高,且明胶板的使用保管极方便。采用此法制造大型壁板,节约了大量工艺装备及原材料和加工工时,缩短生产周期3个月,其经济效益与社会效益均可观。     

基于拐点检测的椭圆弧叶型前后缘评定算法

叶片前后缘的形位对叶片气动性能有着显著影响,且其分割结果也严重影响特征参数的精密计算。现有的叶片前后缘分割算法大多基于拓延算法的实现与改进,但是拓延算法本身尚不能自适应叶型截面尺寸来分割点云,而后续的改进算法在轮廓线误差控制上仍有待加强。针对叶片截面线前后缘的点云精确分割问题,参照椭圆弧叶型的造型设计特点,提出了基于拐点检测的前后缘评定算法。通过对截面线点云旋转、截取、顺时针排序以及拐点检测处理,实现了在高精度测量条件下对叶片前后缘的精确分割。最后设计了对比实验,验证了本文算法可以定性地分割叶片前后缘,并在线轮廓误差上保持了较低水平;论证了在逐点拓延椭圆拟合过程中,从凹性点即开始影响线轮廓误差。     

手打模划线的改进

钣金零件的制造,目前仍然是以手打模成形为主,因此,提高手打模的制造质量和生产效率是生产钣金件的重要一环。 我公司制造手打模,大多数都是以钣金零件的外形样板(图1a)及有关标准作为制造依据,所以在手打模加工过程中,首先要按钣金零件的外形样板划出外形线,然后划外形实际加工线,再按样板上的加强槽端、减轻孔、弯边孔中的工具孔找正中心点,划出实际加工线。     

基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法

为了弥补飞机铆钉凹凸量的传统检测方式在精度、效率及稳定性方面的不足,提出了一种基于结构光的铆钉凹凸量双目视觉检测方法。首先通过工业投影仪将结构光投射到铆接表面,由双目相机采集投影图像。然后根据铆钉边缘特征提取出铆接区域,并采用改进的格雷码解相位方法计算铆接区域表面的相位信息。根据相位信息匹配特征点,利用视差原理计算出点云。最后通过点云数据处理,计算出铆钉的凹凸量。制作标准件并完成了凹凸量测量试验,测量误差在±20μm以内,重复测量标准差小于3μm,单个铆钉测量用时约2.2 s,能够满足现场测量精度和效率要求。     

明胶板法取制展开件

目前,在飞机鈑金零件制造中,对于外形比较复杂的双曲度零件,一般都用展开样板作为下料的依据。象蒙皮、带板、口框等非平面型双曲度零件的展开样板,一般按照展开件制造。过去,用厚度δ≤0.5毫米的白铁皮按照带有刻线的取制依据(表面样件、或反模型、或模胎等)取制展开件。其具体步骤如下: 1.先用描图纸敷设在取制依据上,并设法固定; 2.用铅笔按照要求描线; 3.将描好线的描图纸平铺在白铁皮上,     

飞机数字化制造环境下的协调方法

数字化制造环境下,设计产生的数模在飞机装配协调过程中的应用技术和传统的模线样板协调技术具有很大的区别.在介绍了数字化标准工装概念之后,详细阐述了基于该概念的数字化标工协调方法及其在装配协调过程中的用途和用法,总结了装配过程中的数字化协调路线.并提出当前飞机装配生产环境下混合协调技术的合理性.     

基于光栅投影测量的蒙皮对缝检测技术研究

针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙的数字化检测问题,以光栅投影测量技术为基础,对阶差与间隙的测量技术进行了研究,提出了一种新的阶差与间隙的测量方法。首先采用光栅投影测量技术,获取待测面的稠密点云数据;然后从图像中对接缝区域进行定位,根据点云与图像之间的对应性,获得对缝区域的点云数据;对对缝区域点云数据进行分析,确定对缝两侧直线段的终点和对缝的边缘点,从而计算出对缝的阶差与间隙。相对于线结构光扫描,所提方法获得的数据更加密集,并且一次测量即可完成视场内所有对缝的分析,效率较高。试验分析表明,所提方法检测结果均值误差小于0.03mm,最大误差小于0.05mm,可以满足飞机蒙皮对缝检测的要求。     

面向结构化场景的激光雷达点云高精度配准与定位方法

在基于先验地图的激光雷达室内导航方案中,通常采用点云配准的方法进行无人设备位姿初始化。在结构化场景下,传统配准算法特征鲁棒性较差,导致点云配准的误差较大且易陷入局部最优。针对该问题,提出了一种基于多平面空间模型的点云快速配准方法。首先该方法利用特征直方图的思想对空间点云进行快速粗聚类,根据平面一致性将粗聚类后的点集进行合并形成面特征,从而对密闭空间进行平面模型化表示。随后通过空间平面排序实现了面特征的快速关联,并利用线性匹配方法实现了两帧点云的精确配准,从而解算出机体在先验地图中的相对位姿。最后通过Gazebo搭建的仿真环境与室内结构化模拟环境对算法进行了验证。结果表明,在大型结构化场景下,算法具有更好的适应性以及更高的计算效率,能够快速为无人系统提供精准的地图初始位姿。     

基于无序点云的叶片截面特征参数提取

针对提取航空发动机叶片截面特征参数的实用性要求,研究了基于无序点云数据的叶片截面特征参数提取方法.综合距离法和二分法的优点,采用基于矩形腐蚀法的距离-二分法对点云数据排序,基于最小包容区域直线和最小二乘圆拟合,提出了将整条叶片截面点云数据分割成前缘、后缘、叶盆和叶背4部分的自动分区方法,对特征参数提取方法做了研究并用VC++进行算法实现,使用UG/OpenGrip生成UG中叶片截面上的点云数据进行实验运算,计算精度达到10-4mm,表明在实际测量和参数提取中算法误差可以忽略.      

复杂曲面零件散乱点云特征点提取

复杂曲面零件的几何特征提取对加工质量的检测及逆向重构具有重要意义。提出了一种复杂曲面零件散乱点云特征点提取方法。首先,提出了基于高斯权重的邻域主成分分析的方法,通过估计每一点邻域的局部变化程度对点云模型进行初始标记;然后,采用基于标记的自动识别法实现特征点的提取;最后,通过特征点聚类的方式去除了特征点集中的异常点,完善了提取的点云特征。该方法直接操作于散乱点云,无需任何的拓扑连接信息。试验结果表明:该方法简单、有效,不需要过多地人为调节参数,特征点提取完整。     

一种基于STL文件的LBM前处理高效算法

LBM是一种计算流体数值方法,计算过程中需要确定流场格点属于流体点还是固体点,通过前处理获得格点类型信息.其中一种方法是通过STL文件格式描述的物体模型判断格点在物体内外信息来确定格点类型,从而实现STL几何信息到LBM计算模型信息的重构.为了能够快速重构计算模型,本文提出了一种快速生成计算模型算法.该算法根据面三角形找到模型的边界点集,然后由边界点判定出模型内部点和外部点从而完成对模型的重建.算法从面三角形出发,大量减少了计算量,节约了时间,提高了效率.基于本文算法和直接法对不同复杂程度的圆球、NACA0012翼型、CHN-T1飞机标模开展了前处理建模比较,结果表明,随着几何复杂度增加,直接法耗时急剧增加,而本文算法一直保持低耗时(例如CHN-T1模型前处理网格生成,直接法采用120核并行运算耗时11 h,而本文算法采用单核仅耗时20 s),极大地提高了LBM针对复杂几何外形的前处理效率.使用基于本文算法前处理获得的网格开展流场计算,验证了该前处理方法的适用性.     

毛坯海量点集与CAD数模的自适应快速精确配准方法研究

航空复杂锻铸件毛坯海量的扫描点集与CAD数模进行精确配准时,由于点集数量巨大数模面也较多,同时点集与数模面之间无任何关联关系,给配准算法带来了巨大的计算量,严重制约加工效率。为提高配准效率,提出一种快速精确配准毛坯点集与CAD数模的自适应方法,即利用配准面提取参与配准的数据点,建立点面之间的一一对应关系,通过对配准面进行分类并不断选取参与配准的特征面及相应的数据点加入配准,直至各面都很好地满足加工要求。最后利用实例验证了本算法的高效性和可靠性。     

基于激光扫描的飞机蒙皮下陷特征点提取

飞机蒙皮下陷加工质量对飞机的整体重量有较大影响,对维持外形表面也有着重要作用,在大型飞机蒙皮的制造中,对飞机蒙皮下陷的加工精度也提出了较高的要求。提出了一种基于激光扫描的蒙皮下陷特征点提取方法,以达到实现飞机蒙皮下陷特征数字化检测的目的。首先,对扫描线点云数据进行扫描线的识别区分,并进行三维数据降维处理;然后,通过一阶差分计算每一点的前后一阶导数,通过判断矢量角度提取下陷点,并通过比较下陷点的曲率寻找到下陷位置的边界点;最后,将边界点向上表面数据点拟合的直线进行投影,将获得投影点作为蒙皮下陷特征点。该方法直接处理T-Scan扫描获取的扫描线点云数据。通过对实际蒙皮件测量处理,试验表明该方法有较好的实用性,下陷特征点的提取精度较高。     

关于按反切面靠模作反形加工的机械接触装置的试验与探讨

在按模线样板加工模型时,不论是模型、标准样件,还是蒙皮成形模(包架型架卡板),都是用手工按反切面样板加工成正模胎,或按切面样板加工成反模胎的外形,效率很低。实践使人们提出了这样的问题:按样板加工型面这道工序,能不能以机械化或自动化靠模铣削代替手工操作呢?为此必须研制这样一种以反切面样板(或切面样板)为靠模的特殊的接触装置。它的任务是要解决这样一个问题:即可以通过这种接触装置,达到按凹(或凸)外形的     

过渡协调模式下机翼数学模型的建立

讨论了飞机制造模式由模拟量协调体系向数字量协调体系转化过程中出现的问题,重点研究了其中的关键技术,即飞机外形数字化模型的建立,主要包括理论图的分析与转化,外形数据的获取,翼型轮廓曲线的计算,外形曲面的重构以及误差检验等。上述建模过程遵循了原始设计意图,保证所建数模符合生产中使用的制造与检验依据,为定型飞机数字化建模提供了理论指导。     

模拟存在运动激波流场的无网格自适应算法

将无网格自适应算法发展用于求解存在运动激波的非定常流动问题。为了降低初始布点要求,同时提高对运动激波的分辨率,提出了一种结合点云加密和点云粗化的动态点云技术。采用该技术,在非定常计算的每一个时间步,首先通过基于压强梯度的流场探针识别出激波所在位置,然后对激波附近点云进行加密,从而提高对激波的分辨率,同时对远离激波的点云进行粗化,尽可能减少冗余节点,提高计算效率。采用所提出的无网格自适应算法求解了N-S方程,首先对一维运动激波问题进行了数值模拟,通过将数值模拟结果与精确解比较,验证了所提算法求解存在运动激波的非定常流动的可行性,在此基础上,将方法推广用于二维非定常流动问题的求解,分别对瞬时激波碰撞圆柱以及双弧翼型激波振荡流动进行了数值模拟,计算结果表明,方法可以显著提高对激波的分辨率,同时相对于直接采用较密布点的非自适应算法,自适应算法在计算效率上具有优势。     

从模线样板技术的改进看缩短飞机试制周期的途径

本文根据模线样板技术在飞机试制中的地位和作用,结合公司创建近40年来的实践,阐述了在提高质量和效率的基础上,如何缩短飞机试制周期的问题。同时,对模线样板技术的发展趋势进行了透视,提出了一些看法。