基于激光跟踪定位的部件对接柔性装配技术

数字化柔性装配技术是飞机制造领域近期的主要研究方向之一.以飞机部件对接装配定位为研究对象,研究了基于激光跟踪定位的飞机部件对接的数字化柔性装配技术和原理;在激光跟踪仪的二次开发软件包的基础上,开发了激光跟踪测量原型系统;论述了机械随动定位装置和随动伺服控制系统的组成和原理,实现了以位置控制为目的的机械随动伺服控制系统;以图形软件包为基础,建立了部件对接数字化柔性装配系统集成平台,并能够在此集成平台上进行基于激光跟踪测量的部件对接装配的实时仿真.本研究可对近期开展的数字化柔性装配技术研究提供一定借鉴.     

基于摄影测量技术的航天发动机装配过程几何参数测量方法研究

当前我国航天发动机装配过程几何参数的测量方法为专业人员操作激光跟踪仪或全站仪逐点位进行测量,此类方法存在测量效率低的缺点。针对此问题,提出了一种高效的基于摄影测量技术的航天发动机装配过程几何参数测量方法,对该测量方法的测量原理进行了介绍,详细说明了这一方法各测量环节实现的测量目的,最后通过实测数据计算工业数字摄影测量技术在此类应用中的系统准确度,证明了该测量方法的可行性。     

飞机侧壁部件装配调姿机构的设计与分析

分析了等曲率和变曲率2类飞机侧壁部件的几何特点以及对柔性装配调姿的功能需求,设计了一种新型的面向大型飞机侧壁部件数字化装配的柔性工装机构;该机构基于精密三坐标定位器对侧壁部件进行装配调姿,可等效为6自由度并联机构,通过4条支撑臂对侧壁部件进行夹持;定位器呈前后2排、前低后高布局,能够实现对侧壁部件空间6自由度位姿调整;对工装机构进行了位姿反解,根据侧壁部件的初始位姿和目标位姿反向求解出各支撑臂的关节变量,并利用计算机仿真模型进行了验证,证明了反解算法的正确性,为侧壁部件调姿运动的精确控制奠定了基础.      

飞机装配数控柔性多点工装技术及应用

型架是飞机装配的重要工艺装备,为了改变传统飞机装配中一个壁板组件对应一个刚性型架的"一对一"装配模式,减少工装数量,实现数字化柔性装配,提出了一种"卡板定位支点可重构"的数控柔性多点型架的新方法.详细介绍了其基本原理及设计关键技术,利用现场总线技术实现了卡板定位支点的数控调形重构,基于CATIA软件二次开发技术开发了调形计算软件,实现了数控柔性多点型架应用过程中调形数据的全数字量传递.应用表明数控型架运行稳定、可靠,满足精度要求,实现了飞机装配工装的数字化和柔性化,对飞机数字化装配柔性工装技术的研究具有重要意义.     

激光跟踪仪现场测量精度检测

激光跟踪测量系统具有测量精度高、实时快速、动态测量、便于移动等优点,因此,对激光跟踪仪进行现场校准和精度检测是非常有必要的.为了验证LT300激光跟踪仪的测量精度是否满足实际测量要求,用该激光跟踪仪检测固定点的测量精度和标准花岗岩三角尺的平面度.改变三角尺的测量距离和测量角度,得到测量精度与测量角度和测量距离的关系,从而得到在实际测量位置下的测量精度.     

五/六自由度激光跟踪测量技术的原理分析

激光跟踪仪具有测量精度高、动态测量、实时快速等优点,在工业测量及大尺寸计量等领域中有着广泛的应用。五/六自由度测量技术是解决全姿态测量的重要手段,五/六自由度激光跟踪仪是近年来新出现的测量设备,也是实现全姿态测量的常用设备之一,已经广泛应用于机器人跟踪、设备动态标佼等测量工作中。因此针对目前国际上最新的五/六自由度激光跟踪测量技术,主要介绍了基于单站激光跟踪仪实现五/六自由度全姿态测量技术的原理。     

一种含铰接动平台姿态类并联机器人的运动学标定

面向航空制造业大型零部件精确装配的重大需求,研究一种含铰接动平台姿态类并联机器人(4 PRS&H(R))的精度提升问题.首先,基于零件 部件 整机的装配思路,从零件加工设计与部件装配工艺来保证物理样件具有一定的基础精度,并借助区间理论,预估几何误差源对物理样机末端姿态精度的影响程度,其次,在精度预估的基础上,简化基于激光跟踪仪的误差参数辨识模型,然后结合物理样机实际装配精度和其结构的特殊性对测点进行规划,随后针对4 PRS&H(R)并联机器人开展运动学标定实验,激光跟踪仪检测结果表明,该机器人在运动学标定后沿α、β和γ三个转动方向的最大姿态偏差分别由0.195°、0.520°和2.089°降低至0.026°、0.044°和0.519°,且姿态偏差整体波动平稳,以此验证所述运动学标定方法的正确性和有效性.     

飞机装配坐标系公共基准点粗差检测与修正方法

针对因厂房地基下沉等因素引起的飞机数字化装配体系中公共基准点产生偏差的问题,提出一种飞机装配坐标系公共基准点粗差检测与校正方法.该方法通过泰勒展开布尔沙-沃尔夫空间坐标转换模型形成了适用于大旋转角的坐标系转换线性模型,并结合拟准检定法检测并估算偏差较大的基准点,进而给出了公共基准点在装配全局坐标系下的坐标修正模型.采用激光跟踪仪对公共基准点进行测量并用上述方法修正公共基准点坐标.实验证明,该方法能有效检测粗差并修正,提高飞机装配坐标系的精度.     

三轴相交度的一种测量方法

介绍一种通过激光跟踪仪测量三轴转台三轴相交度的测量方法。该测量方法是利用激光跟踪仪测量出转台内、中、外框上两固定点（靶镜座位置）绕其回转轴线运动时一些位置点的空间坐标,拟合这些点从而构造出两个圆及其圆心,再由两个圆心构造出一条回转轴线。这样,将三轴转台的三条回转轴线构造出来以后就可计算出三条回转轴线两两之间的距离,根据三条回转轴线两两之间的距离就能求出三轴转台的三轴相交度。     

应变测量仪自动校准系统设计CSCD

针对飞机静力、疲劳、铁鸟及风洞等强度试验中大量使用由LXI EX1629应变测量仪组成的大型应变测量系统通道数多校准项目多,采用手动校准工作量大、周期长、效率低、并容易出错等问题。利用标准仪器通信接口和被校设备的LXI标准网络化测控系统的嵌入式设备高可靠性及快速通讯方式,在VEE Pro软件开发平台上,设计开发出一套应变测量仪自动校准系统,实现了应变量测量仪和应变量放大器多路同步快速自动校准。系统包括设备管理、校准及打印输出三个主模块。试验结果表明:系统运行可靠、有效、精度高。该校准系统在飞机研发试验中发挥了重要作用,具有广泛的应用前景。     

导弹数字化对接系统动态测量算法设计及对接试验研究

针对我国导弹生产过程中舱段对接精度差、效率低且一致性差的问题,提出了一种结合激光跟踪仪及Steward平台的导弹数字化对接系统。在基于激光跟踪仪的动态测量方面,提出采用阵列靶球和T-Probe相结合的测量方式,通过对阵列靶球的测量获得高精度基准,通过对T-Probe的测量实现动态测量,从而实现对导弹舱段的高精度且高动态测量。基于所提出的导弹数字化对接系统,进行了导弹舱段数字化对接试验。试验结果表明,导弹舱段间导向销的径向峰值偏差为0.26mm,姿态峰值偏差为0.015°,能够满足导弹对接导向销的安全对接条件,对接时间小于25秒,提高了导弹舱段对接的精度及效率。     

太阳帆板平面度测量系统

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统.首次提出斜光学三角形测量结构,使得测量系统的测量面积和分辨率大大提高,从而实现了对大面积平面平面度的高精度无接触测量.提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术,解决了在非精密基准上实现精密测量这一难题,使得所研制的测量系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量.此外,对测量光斑位置估值精度与光斑图像尺寸大小和能量分布之间的定量关系进行了分析,为激光光斑的优化设计提供了理论依据.实际测量结果表明,该测量系统对面积为2581mm×1755mm太阳帆板的平面度测量精度达0.02mm(RMS).     

基于激光跟踪仪的多立方镜姿态标定方法

提出了使用激光跟踪仪测量系统对立方镜姿态进行测量的方法。首先,根据反射原理及平面镜光学成像原理对立方镜法线进行测量,然后建立立方镜的角度坐标系,并标定多个立方镜坐标系间的转换矩阵。通过单个立方镜姿态测量及2个立方镜间坐标系转换矩阵标定的实验,验证了方法的可行性。实验结果表明,最大标定误差优于5″,满足测量精度的要求。     

大型舱体螺纹孔位置精度测量方法分析

通过螺纹孔测量试验,获得了三坐标测量机测量的光孔与螺纹孔孔位偏差、激光跟踪仪和三坐标测量机测量的螺纹孔孔位偏差,分析了螺纹孔孔位偏差与其轴线相对端面垂直度的相关性,并获得了螺纹配合的间隙量。试验数据表明,激光跟踪仪和三坐标测量机测量的螺纹孔数据一致性较好,基于测量工装的螺纹孔位置测量数据与光孔测量数据最大偏差约0.2mm,螺纹孔垂直度误差是造成此偏差的一个因素,但螺纹配合的不确定性和容差性使此偏差对螺纹孔的使用影响较小。     

基于位姿测量不确定度的飞机对接质量评估

针对基于位姿的数字化测量辅助飞机大部件对接技术的发展与应用,对位姿测量不确定度以及基于不确定度的质量评价方法进行了研究.给出了数字化对接环境下大部件位姿的数学表达形式及意义.提出了基于协方差矩阵的位姿测量不确定度解析算法,并通过仿真算例与蒙特卡洛仿真法进行了对比,验证了该算法的有效性.给出了飞机大部件对接过程数字化测量工艺能力指数的概念,用于对测量结果的可信性进行评价;通过构建位姿测量不确定度与对接质量评估指标间的映射关系,提出了一种基于位姿测量不确定度的大部件对接质量评估方法,并以机翼-机身对接过程为案例,对方法的可行性、算法的有效性进行了验证.     

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。      

T-Mac激光跟踪系统动态性能分析

针对基于视觉测量技术的六自由度激光跟踪仪,阐述了其工作原理及动态性能的测试方法,着重考核了T-Mac激光跟踪系统动态姿态角测量准确度。