自动钻铆装备的激光测量系统法向误差研究

飞机装配中铆接部位的孔垂直度直接影响铆钉的连接质量和疲劳寿命,进而影响飞机的力学性能。为了保证飞机铆接垂直度要求,必须分析自动钻铆系统法向误差的影响因素。首先,确定了倾角误差、数学模型的线性误差与法向误差的关系。其次,给出了激光位移传感器安装参数的选取规律,并研究了其对位姿标定的影响。最后,实验验证了安装参数优化后的实际效果。研究结果可为法向测量装置的设计与分析提供理论指导,对于提升自动钻铆系统的法向精度,进而保证孔垂直度要求具有重要意义。     

一种适用于飞机壁板自动化制孔的法向修正技术

在飞机装配中制孔的位置和法向精度将直接影响飞机最终的装配质量。自动化制孔以飞机数模为基准,但在实际装配过程中,由于受多源耦合装配误差影响,壁板等大型柔性结构件的实际外形不可避免地会与理论数模出现偏差,因此需要对制孔位置和法向进行修正。为了减少制孔法向偏差和提高制孔效率,本文结合大型飞机机翼壁板的结构特点,提出一种基于基准孔插值的法向偏差修正技术。通过激光位移传感器的测量值计算得到各基准孔的实际法矢方向,结合视觉测量系统得到基准孔孔位偏差,利用插值算法实现其余孔位的法向修正。试验结果表明,该修正技术可实现法向误差不超过0.3°,制孔效率相比逐孔修正可提升约25%。     

基于接触式压脚的机器人制孔垂直度优化研究

针对传统非接触式法向校正技术在弱刚性薄壁上的不足,在接触式压脚结构的基础上对传统法向校正方案进行了研究,提出一种仅适用于接触式压脚结构的两点校正算法,同时设计了一套基于激光跟踪仪的法向测量系统标定方法。针对弱刚性薄壁受到压脚单向压紧力产生回退对制孔位置精度的影响,提出一种工具中心点（Tool center point, TCP）变位补偿技术,该技术利用激光位移传感器监测壁板回退量,在法向校正前动态调整TCP位置,实现对壁板回退量的实时补偿。搭建试验平台并通过制孔试验验证了接触式法向校正技术与TCP变位补偿技术可有效保证孔的垂直度与孔位精度,实现孔垂直度误差小于0.25°,孔位偏差小于0.4 mm。     

风洞模型位移视频测量的相机标定

相机的制造和装配误差难以完全消除,导致相机的光学系统存在不同程度的非线性光学畸变现象,故相机标定对确保风洞模型位移视频测量的精度至关重要.针对1 m2以上的台阶标定块制造成本高、维护困难,提出基于距离标尺的相机标定方法,推导包含菲线性畸变模型的共线方程,建立适应中国大尺寸风洞的低成本相机标定系统,确保模型位移视频测量相机的自校正精度.2m超声速风洞的某跨大气层飞机测力试验中,采用该方法校正DALSA(R)相机后,各阶梯迎角测量精度σα≤0.00772°(达到高速风洞测力试验迎角精度的先进指标),因此具有实用价值.     

自动钻铆连接件疲劳性能分析

自动钻铆技术是目前飞机先进装配连接技术的发展趋势,国内在这方面的工艺积累不足。本文以两种自动钻铆设备及手工钻铆生产的铆接构件分别做疲劳试验。结果表明:在合适的工艺参数下,采用自动钻铆的铆接构件疲劳寿命较传统的手工钻铆有显著的提高;工艺参数的不同组合,对连接的疲劳寿命将产生较大影响;自动钻铆对各工艺参数的控制精度明显优于手工钻铆。因此,对于镦头高度等质量检验标准可以提高精度要求。     

基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建

针对微型飞行器(Micro air vehicle,MAV)在室内飞行过程中无法获得GPS信号,而微型惯性单元(Inertial measurement unit,IMU)的陀螺仪和加速度计随机漂移误差较大,提出一种利用单目视觉估计微型飞行器位姿并构建室内环境的方法。在机载单目摄像机拍摄的序列图像中引入一种基于生物视觉的方法获得匹配特征点,并由五点算法获得帧间摄像机运动参数和特征点位置参数的初始解;利用平面关系将特征点的位置信息由三维降低到二维,给出一种局部优化方法求解摄像机运动参数和特征点位置参数的最大似然估计,提高位姿估计和环境构建的精度。最后通过扩展卡尔曼滤波方法融合IMU传感器和单目视觉测量信息解算出微型飞行器的位姿。实验结果表明,该方法能够实时可靠地估计微型飞行器的位置和姿态,构建的环境信息满足导航需求,适用于微型飞行器室内环境中的导航控制。     

六维力传感器静态标定及解耦研究

设计了一种八梁结构轮辐式六维力传感器的静态标定试验台,并从传感器的静态耦合特性和解耦算法两方面进行了研究。给出了详细的标定过程,获取了试验数据样本。基于试验样本构造了标定矩阵。结果表明:该传感器在结构上具有良好的自解耦特性,通过解耦算法对传感器输出进行解耦后,传感器的耦合误差基本被消除,满程测量精度能达到2.6%,为该种六维力传感器的实用及其产业化奠定了基础。     

归零压差式攻角传感器位置误差低速风洞校测试验

本文介绍归零压差式攻角传感器位置误差风洞校测试验方法、项目、数据处理和校测结果。附录中给出了传感器精度指标计算例题。     

具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准技术

为提升机械臂系统对环境的感知能力,针对机械臂多工位精确对准问题,提出了一种具有远近视距引导的机械臂多工位对准技术。首先构造具有远近视距的两目视觉配置,并与机械臂构成Eye-in-hand视觉反馈系统。然后标定两目视觉的内外参数和手眼关系变换矩阵。通过离线先验局部对准方式,建立各工位的任务表。提出了三阶段对准策略,即多工位作业起始位姿获取、全局相机的初定位和局域相机的精对准,使得机械臂能在多个工位下实现末端工具与目标的精确对准。通过多位置孔轴对准实验验证了本文方法的可行性。单个孔位重复对准标准差角度不超过0.015°,位置不超过0.078 mm,三阶段对准实验结果表明,角度误差小于0.05°,位置误差小于0.17 mm。     

基于非接触式光学的复合齿轮轴同轴度测量系统研究（英文）

针对传统接触测量方法的低效率、高成本、低精度的弊端,提出了基于激光位移传感器的非接触式光学测量方法。根据同轴误差评价标准的有关规定和复合齿轮轴的结构特点,设计构建了一套配套软件系统和硬件测试平台。本文使用距离差阈值法和规模阈值法来消除异常数据。选择最小二乘法拟合圆心,并采用最小包容圆柱轴线作为复合齿轮轴同轴度评定的基准轴线。多截面测量试验表明,极差为0.065 mm,试验平均同轴误差为?0.476 mm。     

A Laser Line Scanner Based Hole Position Correction Mechanism for Automatic Drilling and Riveting in Aircraft Assembly

The low-stiffness of aircraft skins may results in the differences between aircraft actual parts and their theoretical models,which will consequently affect the accuracy of automatic drilling and riveting in aircraft assembly.In this paper,a novel approach of hole position correction using laser line scanner(LLS)is proposed to assign a single row of holes on the parts' surfaces. First,we adopt a space circle fitting method and the random sample consensus(RANSAC)to obtain the precise coordinates of center of the datum holes' coordinates. Second,LLS is calibrated by the laser tracker,and the relations between the LLS coordinate system and the tool coordinate system(TCS)can be calculated. Third,the kinematics model of the automatic riveting machine is established based on a two-point referencing strategy proposed in this paper. Thus,the positions of the holes to be drilled can be adjusted.Finally,the experimental results show that in TCS the measurement error of LLS is less than 0.1 mm,and the correction error of the hole position is less than 0.5 mm,which demonstrates the reliability of our method.     

A Generic Plug-and-Play Navigation Fusion Strategy for Land Vehicles in GNSS-Denied Environment

Achieving accurate navigation information by integrating multiple sensors is key to the safe operation of land vehicles in global navigation satellite system(GNSS)-denied environment. However,current multi-sensor fusion methods are based on stovepipe architecture,which is optimized with custom fusion strategy for specific sensors. Seeking to develop adaptable navigation that allows rapid integration of any combination of sensors to obtain robust and high-precision navigation solutions in GNSS-denied environment,we propose a generic plug-and-play fusion strategy to estimate land vehicle states. The proposed strategy can handle different sensors in a plug-and-play manner as sensors are abstracted and represented by generic models,which allows rapid reconfiguration whenever a sensor signal is additional or lost during operation. Relative estimations are fused with absolute sensors based on improved factor graph,which includes sensors' error parameters in the non-linear optimization process to conduct sensor online calibration. We evaluate the performance of our approach using a land vehicle equipped with a global positioning system(GPS) receiver as well as inertial measurement unit(IMU),camera,wireless sensor and odometer. GPS is not integrated into the system but treated as ground truth. Results are compared with the most common filtering-based fusion algorithm. It shows that our strategy can process low-quality input sources in a plug-and-play and robust manner and its performance outperforms filtering-based method in GNSS-denied environment.     

基于激光雷达的机载设备安装姿态校准

现代飞机对许多的机载设备安装提出更高的要求,而传统的飞机机载设备安装姿态的校准测量方法在测量校准精度和效率上已不能满足这些要求,需要采用基于先进数字化测量仪器和技术测量校准方法。通过对激光雷达系统测量原理的分析,本文提出了一种基于激光雷达的机载设备安装姿态校准新方法。与传统测量校准方法相比,这种基于激光雷达的校准方法在减少和简化测量校准工序、提高工作效率和校准精度等方面具有显著优点,能够满足现代飞机制造对机载设备安装姿态校准的更高要求。     

多视图场景确定下的空间点位置视觉标定方法

针对空间特征点三维位置标定问题,提出一种多视图场景确定下的空间点位置视觉标定方法。该方法基于计算机视觉原理,通过在场景内放置棋盘模板确定图像场景位姿参数,而后根据多视图图像下的空间点图像坐标和场景位姿参数求解空间点三维位置坐标。试验结果表明,该方法下的空间点标记位置与真实位置间的距离误差小于1 mm,适用于高精度要求下的特征点位置标定。     

自动钻铆数控托架系统的研制

为了充分发挥现有的RMS335自动钻铆机的功能,使其能够加工装配所需的飞机零部件,设计并开发研制了与之配套使用的数控托架系统,实现与自动钻铆机的通信。经工厂试验验证,该设备达到设计要求,能够满足企业的生产需求。     

Approach to Interference Riveting Process Control of Aircraft Automatic Drilling and Riveting

Interference fit riveting is an effective way to improve the fatigue life of aircraft.The accurate control of riveting interference of aircraft automatic drilling and riveting equipment is achieved by process parameters including upsetting force and upset head height.It is valuable for aircraft manufacturing engineering.An approach to interference riveting process control based on the analysis of interference riveting stress field is proposed.According to assembly structure,the upsetting force is calculated by the material property and interference fit level,and the upset head height is deduced by the upsetting force.The experimental result shows that the interference fit level can be controlled accurately by the upsetting force and upset head height,and then,the quality of aircraft automatic riveting can be improved.The proposed approach is verified by the good match between the predicted result and the experimental result.     

智能移动三坐标辅助定位的自适应控制方法

飞机部件的外形测量与误差评估是提升飞机装配质量的关键。针对测量工作要求高精度、高效率和无需专用工装的情况，同时针对被测对象外形尺寸大、各部位测量规范不同等难点，提出一种基于激光跟踪仪的智能移动三坐标辅助定位自适应控制技术。该技术以激光跟踪仪作为测量工具，以直角三坐标伺服机构作为靶标的辅助定位 装置，通过对直角三坐标伺服机构及导航小车进行任务规划与优化；同时激光跟踪仪实时反馈靶标目标位置，从而以最优路径的方式实现对测量机构多站位自主移动的全闭环自适应控制，提高了靶标的定位精度及测量效率。本文在线对测量数据进行了快速处理，得出了误差分布图，并精确地反映了测量点位的误差。实验结果表明：该方法可实现大尺寸部件的高精度快速测量，满足飞机大部件的测量要求。     

Track Association for Dynamic Target Tracking System Based on AP Algorithm

Track association of multi-target has been recognized as one of the key technologies in distributed multiple-sensor data fusion system,and its accuracy directly impacts on the performance of the whole tracking system.A multi-sensor data association is proposed based on aftinity propagation(AP)algorithm.The proposed method needs an initial similarity,a distance between any two points,as a parameter,therefore,the similarity matrix is calculated by track position,velocity and azimuth of track data.The approach can automatically obtain the optimal classification of uncertain target based on clustering validity index.Furthermore,the same kind of data are fused based on the variance of measured data and the fusion result can be taken as a new measured data of the target.Finally,the measured data are classified to a certain target based on the nearest neighbor ideas and its characteristics,then filtering and target tracking are conducted.The experimental results show that the proposed method can effectively achieve multi-sensor and multi-target track association.     

基于多目立体视觉和神经网络标定的表面形貌测量方法研究

针对三维表面形貌的非接触式光学测量是计算机多目立体视觉技术的一项重要应用，但目前还存在相机个数受限、特征点匹配算法复杂与纵向测量精度不够等难题。开发了一种基于多目立体视觉和神经网络标定的表面形貌测量方法，其中包括:使用神经网络完成多目标定与三维重构，在表面投射激光点阵作为图像识别与匹配的特征点，应用蚁群粒子跟踪测速技术进行多相机间相同特征点的匹配。经实验测试，相较于传统基于小孔成像模型进行标定与基于核线约束或互相关算法进行匹配的立体视觉测量系统，所提出的方法可适配具有大光学畸变的场景，能有效提高测量的空间分辨率，深度方向的测量误差在1.0%～2.0%的水平。