大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及关键技术

当前航空制造业朝着高精度、低成本、柔性化、数字化的方向快速发展,飞机零部件的加工和装配越来越依赖于大尺寸测量技术和系统提供的技术保证.因为一方面,飞机产品零部件尺寸越来越大、整体结构越来越多而精度要求越来越高,尤其是其中的关键特性[1].另一方面,在航空产品制造的全球协作精益化生产要求的背景下,要求大型复杂零部件能在全世界各地生产并能够无缝集成、统一装配,做到"统一协调、提前预见问题、少无返工"[2].同时,随着航空企业生产数字化程度的提高,要求形成产品设计、工艺规划、制造、检验等环节集成于一体的产品闭环制造数字链,对生产的各环节进行有效的沟通和反馈,保证产品的制造装配质量和产品制造周期中信息的统一性和交互性[3].     

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。     

基于光场成像的视差与深度的数值关系研究

光场成像能同时记录光线的强度与方向信息,且具有深度估计的能力。然而,目前的方法仅进行视差估计,较少方法将光场视差转换为绝对深度,以实现三维测量。因此,本文通过对微透镜阵列光场相机的三维成像原理进行分析,建立光场视差与绝对深度之间的数值转换关系。首先,通过对光场成像中的视差原理进行理论分析得到视差与等效基线之间的关系。其次,对微透镜阵列光场相机的成像原理进行分析后得到等效基线与相机结构参数之间的关系,并结合视差与高斯成像公式得到视差与绝对深度之间的数值转换关系。最后,通过标定光场相机以及搭建试验平台验证该转换关系的有效性。试验结果表明,该转换关系能准确地将视差转换为绝对深度,并获得了试验标准件的外形尺寸。     

集成于CATIA的大尺寸测量软件系统

利用CAA对CATIA软件进行二次开发,设计开发了集成大尺寸测量软件系统。作为CATIA的增值应用系统,与CATIA环境完全融为一体,实现了设计信息与测量信息的统一管理和互操作性,为工程设计、工艺和质量等部门协同工作提供了技术支持。