飞机校靶装置技术的发展

飞机校靶装置是军用飞机校靶作业使用的专用保障设备,主要用于机载武器系统和相关系统安装轴线与机体基准轴线间的角度偏差的测量和校准,保障武器系统和相关系统的工作精度和准确性。飞机校靶装置从传统的靶板-望远镜系统发展到目前的新技术校靶装置,实现了技术和性能上的全面跨越。本文概述校靶装置技术发展,简要总结发展历程和发展规律;重点分析和比较3种新技术校靶装置,包括基于光电-惯性技术的光电-惯性校靶装置、基于摄影测量技术的摄影测量校靶装置和基于惯性技术的纯惯性校靶装置,进行技术分析和研究;对我国新型校靶装置发展提出建议。     

航空发动机转子装配优化技术

转子装配优化技术是通过优化转子各部件之间的安装角度,达到控制转子不同心度和初始不平衡量的目的。详细阐述了基于转子部件跳动测量,计算转子旋转轴线与部件惯性轴之间的偏差,进而计算转子不同心度和不平衡量的估算方法;提出了针对转子不同心度和不平衡量双目标优化原则,并采用蒙特卡洛仿真法对随机装配过程、单目标装配优化过程和双目标装配优化过程进行仿真,通过验证表明,转子装配优化技术达到了改善转子装配质量的目的。     

面向装配对接的双视觉测量试验系统优化标定方法

针对航空航天、轨道交通零部件装配对接测量与定位过程,为解决测量视场范围大、多种测量设备组合使用步骤烦琐等问题,对面向装配对接的双视觉测量系统标定方法进行了研究。通过构建双视觉测量系统模型,分析系统间各相机参数的关系,在单个双目系统中引入闭环约束,结合LM算法对单个双目系统中的相机参数进行优化,另外采用改进的EPnP算法对双视觉系统进行标定,并结合自行设计的双面一维靶标完成了双视觉系统的全局标定和坐标转换。模拟对接试验的结果表明,该优化标定算法在精度上优于传统算法,并在使用过程中简化测量步骤,提高测量效率。     

工业机器人视觉定位系统的实现

描述了一种利用机器视觉技术的工业机器人定位系统,可用于飞机小型零部件的装配定位和复合材料胶结部件的加压保压等作业。系统利用双目相机对目标工件上的反射靶标进行测量,获取机械臂末端与工件间的相对位姿关系,系统控制模块根据位姿反馈驱动末端进行位姿调整,实现末端对工件的精确定位。利用激光跟踪仪对位姿偏差进行测量,结果表明位置误差为0.11mm,姿态误差为0.04°,在定位精度和稳定性方面均能满足实际应用需求。     

某飞机光电瞄准吊舱校靶分析

光电瞄准吊舱(以下简称"吊舱")校靶的目的就是要求解吊舱坐标系到机体坐标系之间的三个欧拉角,并通过矩阵转换,将吊舱系下的瞄准线角度转换为机体系下的瞄准线角度,消除挂装偏差造成的影响。本文主要对吊舱的地面人工校靶和动态校靶两种方式进行分析,分析了地面人工校靶的方法及存在的不足,介绍了动态校靶的原理及方法。     

一种改进点线特征融合的双目视觉惯性定位算法

在复杂产品装配过程中,对增强现实设备定位是实现虚拟引导信息与装配现场实时融合的核心。传统基于标签或预先构建离线装配基体模型的定位方式,存在装配任务与视觉定位兼容性低,单一视觉定位鲁棒性和稳定性差的问题。利用多传感器融合的视觉惯性导航方式进行定位,可提高定位的精度和鲁棒性,有效提高复杂产品装配质量和效率。本文提出了一种基于点线特征融合的双目视觉惯性定位算法,对双目相机和惯性测量单元（Inertial measurement unit,IMU）进行联合标定,并通过ORB和LSD线端融合的点线特征提取匹配,采取视觉和IMU紧耦合的方式,建立基于点线特征的视觉惯性融合的位姿误差融合模型。对比VINS-Fusion、PL-VIO和本文改进IPLVIO算法,结果表明IPL-VIO算法在结构化场景下的绝对位移和旋转误差比原算法误差更小,同时结构化场景信息更加丰富,能够应用在弱纹理的AR装配现场中,为增强现实辅助装配平台提供稳定可靠的位姿数据。     

激光跟踪仪在某型飞机制造中的应用研究

阐述了激光跟踪仪组成、测量原理及误差补偿方法。利用激光跟踪仪分别在某型飞机后机身总装、大部件对接和质量检测工位构建了空间测量系统。实现了部件装配平台运动闭环控制,完成了飞机大部件预总装动态调姿引导,对飞机部件装配质量进行了定量监控,大幅度提高了飞机装配效率和质量。     

船载外测设备方位误差超标问题分析

针对航天测量船船载外测设备长期存在的方位误差超标现象,研究了测量船轴系误差修正方法和船载设备角度误差修正原理,发现测量船船载外测设备光机偏差修正模型与方位零值标定方法不匹配,存在重复修正光机偏差误差的现象,从而导致该项误差偏大时引起方位误差超标。提出了测量船方位零位以机械轴为基准标定时的光机偏差修正的改进模型,并利用测量船校飞数据和卫星发射测量数据进行了仿真测试。测试结果验证了改进模型的正确性,解决了测量船外测设备方位误差超标的难题。     

耦合几何与材料误差的柔性装配偏差统计分析

飞机结构中包含大量的弱刚性柔性零件,柔性零件在装配中的受力变形,是影响飞机尺寸质量的重要因素。针对仅考虑零件几何误差进行装配偏差建模的不足,结合一阶摄动理论和有限元方法,提出了耦合柔性零件几何和材料误差的装配偏差统计分析(SVA_GM)方法。该方法运用影响系数法建立零件几何、弹性模量和泊松比误差与装配偏差的关系,在此基础上利用泰勒公式推导了装配偏差的均值和协方差方程。结合薄板、某飞机平尾前缘组件两个装配实例,将该方法与基于ANSYS的有限元装配过程仿真法进行了实验对比。结果表明,两种方法计算得到的装配偏差均值和标准差非常吻合,但在计算时间上前者只用了30s,而后者用了250min,前者算法效率远高于后者。实验还表明材料误差对装配偏差具有明显影响,其中弹性模量的影响大于泊松比,与仅考虑几何误差的装配偏差分析方法相比,该方法对装配偏差的预测更加真实准确。     

融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法

针对机器人卫星装配阶段舱板与主框架装配精度低、装配干涉力过大的问题,提出了一种融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法。利用视觉检测装置建立卫星舱板与主框架装配误差在线测量系统,并完成了双目标定、机器人手眼标定、其他部件相对位姿的标定,提出了卫星舱板与主框架装配误差补偿控制方法,实现了装配误差实时测量与精确补偿;同时,通过力觉检测装置完成了机器人末端负载辨识与重力补偿,实时测量卫星舱板与主框架装配干涉力,实现了卫星柔性装配。试验结果表明,采用融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法后,卫星舱板与主框架装配误差控制在0.2 mm以内,装配干涉力小于50 N,满足了卫星装配的精度需求,证明本文所提方法的有效性和稳定性。     

一种新型校靶模式的研究

本文通过分析传统校靶方法,提出一种新型光电校靶方法,此方法简化了校靶过程,并对所得图像进行了数字化处理,提高了校靶的自动化程度及校靶精度。     

基于建模仿真分析的模拟转子平衡技术

为提高航空发动机转子平衡精度及单元体装配独立性,对模拟转子平衡技术内在机理及模拟转子设计方法进行研究。采用数值模拟分析方法,基于低速硬支撑转子平衡测量及误差转位补偿原理,建立转子平衡过程的完整数学模型,分析平衡误差组成项,提取影响模拟转子平衡精度的参数。利用蒙特卡罗仿真及单因素试验方法、设计仿真算法,对误差项中的各参数进行仿真计算,得到各参数对平衡测量结果的影响规律及误差容限。结果表明：模拟转子可以再现由转子加工误差引入的附加不平衡量,其中模拟转子配合面端跳、柱跳、跨距、质心轴向位置、转动惯量、质量等参数均会影响附加不平衡量测量精度。各参数设计精度与测量精度正相关,但对测量精度影响权重不同。当配合面跳动小于0.005 mm,其余各参数精度控制在特定范围内时,测量误差近似为0,即模拟转子测量结果准确有效。     

前风挡玻璃与瞄准误差

在战斗机前风挡玻璃和火控系统显示装置的设计以及安装设计中，除了保证这些成品的使用性能外，还应考虑这些成品对瞄准精度的影响，尽可能减少对飞行员瞄准引起的误差。本文从几何光学和瞄准原理的角度，简要分析前风挡玻璃引起的火控系统显示装置的校靶误差和前风挡玻璃几何形状误差引起的飞行员瞄准误差，并提出修正这些误差的要求和方法。     

战斗机曲线跟踪数值仿真模型研究

建立了应用于空战数值仿真的战斗机曲线跟踪的数学模型。首先介绍了机动平面与瞄准平面的概念．给出了它们相重合的条件。导出了战斗机以调整速度进行曲线跟踪时的需用过载，及以最大转弯角速度进行曲线跟踪时的需用过载。根据导引运动学原理，讨论了战斗机为实现武器发射应进行的机动飞行。利用该模型对空战过程进行了数值仿真．仿真结果表明．所建立的数学模型是可行的。     

基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法

为了控制装配过程中的关键装配特性,以大尺寸测量技术为辅助,实现大型零部件最优位姿装配,提出基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法。该方法将测量辅助装配(MAA)中的关键环节——最佳装配位姿拟合问题分为两步:第1步利用基于奇异值分解的解析方法将测量坐标系与装配现场的全局坐标系进行精确的空间配准,减小了坐标系对齐的误差,并以参考点拟合的偏差为优化目标,求解移动装配体当前位姿;第2步根据装配关键特性相关公差的重要程度,计算装配综合精度要求,并以最小综合偏差为优化目标求解移动装配体间的最佳装配位姿。随后给出了上述两个步骤的粒子群优化算法模型,将每步的待求解位姿作为一个拥有3个旋转自由度与3个平移自由度的粒子进行求解。最后对卫星舱段位姿最优装配问题进行仿真计算,结果证明了该优化算法在控制各项关键特性、提高综合装配质量等方面的有效性。     

基于轴线投影精确模型的弯管立体视觉测量方法

利用立体视觉技术测量弯管轴线需精确计算弯管轴线在图像上的投影位置,现有方法将弯管图像轮廓中心线近似为空间轴线在像平面上的投影,这种近似计算存在误差。为获得弯管轴线的精确投影位置,提高三维测量精度,对弯管成像特征进行了深入研究。首先对弯管任意横截面建立透视投影模型,探索截面图像边缘点与空间轴线投影点间的几何关系,进而提出轴线上任意一点在像平面上投影位置的精确计算方法。采用双目视觉系统对某一航空管件进行重构测量。试验结果表明,相较于现有方法,采用本文方法计算轴线投影位置后,管件测量的重复性精度与前者相当,而测量精度平均提高14.5%。说明本文方法对轴线投影位置计算正确,可有效提高弯管轴线视觉测量精度。     

数字化仿真测量在飞机装配中的应用

阐述了一种面向飞机装配过程的数字化仿真测量方法,该方法以西门子VSA软件为平台,通过对同轴度及外形轮廓的测量分析,分别介绍了常规测量与仿真测量的测量原理及测量方法,并对两种测量进行分析对比,进而说明了仿真测量具有的特点及优势,在飞机装配中具有一定的实际操作推广价值。     

数字化仿真测量在飞机装配中的应用

阐述了一种面向飞机装配过程的数字化仿真测量方法,该方法以西门子VSA 软件为平台,通过对同轴度及外形轮廓的测量分析,分别介绍了常规测量与仿真测量的测量原理及测量方法,并对两种测量进行分析对比,进而说明了仿真测量具有的特点及优势,在飞机装配中具有一定的实际操作推广价值。     

基于夹具主动定位补偿的飞机柔性件装配偏差优化方法

柔性零件广泛用于航空、汽车等产品中,在柔性件的装配过程中,装配尺寸质量受零件制造、夹具和连接过程中多种偏差源的耦合影响,分析和控制难度大。提出了一种基于夹具主动定位补偿的装配偏差优化方法。首先,基于柔性件装配的受力变形分析,建立了考虑夹具法向定位误差的装配偏差模型。然后,根据上述模型,以夹具法向定位补偿量为优化变量,提出了夹具法向补偿量的优化模型和求解算法。以金属薄板装配和飞机壁板件装配为例,分别利用实验及有限元仿真分析了有无夹具主动定位补偿下的装配偏差。结果表明,夹具法向定位补偿对于减小柔性件的装配偏差具有显著效果,从而验证该优化算法的有效性和准确性。     

航炮地面热校靶的仿真分析

由于航炮系统结构的复杂性,在热校靶靶试精度调整过程中面临地面热校靶靶试精度低问题,需要依靠进行反复的实弹射击,而这一过程通常要花费很大代价(消耗弹药、降低航炮的使用寿命等),利用仿真技术建立航炮仿真模型,并将其置于虚拟试验的环境中进行测试[1],找出热校靶弹着点的分布规律,应用到地面热校靶,有利于实现航炮的靶试精度、提高生产效率、降低成本和缩短靶试周期。本文采用CATIAV5平台建立航炮系统仿真,通过仿真模型的研究[2],提高热校靶靶试精度。