CN109211104A - 一种加工孔位法向在线修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工孔位法向在线修正方法。该方法包括：定义基准孔，选取预定间距的两个或两个以上的孔位作为法向测量的基准孔；计算修正系数，基于虚拟三维制孔模型，计算相邻基准孔P₁和P₂之间的普通制孔点P的孔位的修正系数λ，其中，λ=|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)；基准孔法向测量，采用激光测距传感器对基准孔法向测量，获得基准孔的实际法向；计算偏差，将测量获得的所述基准孔的实际法向与理论法向进行比较计算，获得法向偏差；法向修正，基于获得的所述法向偏差，对普通制孔点P的理论法向按照法向偏差补偿，获得普通制孔点P的实际法向，使普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。

Description

一种加工孔位法向在线修正方法

技术领域

本发明涉及航空制造技术领域，特别是涉及一种基于基准孔法向测量的加工孔位法向在线修正方法。

背景技术

在飞机装配自动制孔过程中，连接孔的质量极大的影响着飞机的安全性和使用寿命。孔的垂直度是影响孔加工质量的主要因素之一，它不仅会影响孔的加工直径，而且会影响到装配连接的稳定性。由于飞机壁板尺寸大、刚性小，壁板表面容易产生变形，通过工装定位后的飞机壁板表面会出现与理论型面不吻合的情况，在自动制孔时，通常需要对每一个加工孔位进行法向测量。

激光测距传感器的非接触法向测量是目前飞机壁板自动制孔经常采用的测量方法。该方法通过在设备末端执行器上安装若干个激光测距传感器，在执行制孔指令前，首先将设备移至制孔点位，获得相应传感器反馈的距离，通过计算求得制孔点的实际制孔法向，调整制孔设备按照实际法向进行制孔。

目前使用激光测距法向测量方法时，需要针对每一个制孔点进行法向测量和调整。在进行多行列排布的加工孔位自动制孔时，由于孔位排布较为密集，激光传感器数量有限，在进行法向测量时，经常会出现激光点射到孔内、孔窝甚至产品对缝中，导致激光测量点失效，在后续产品表面法向计算时，由于测量数据错误或数据不足而失败。

因此，发明人提供了一种基于基准孔法向测量的加工孔位法向在线修正方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种加工孔位法向在线修正方法，基于基准孔法向测量技术，实现了飞机装配自动制孔过程的法向在线测量及修正，解决了制孔过程中，由于孔位排布密集造成的激光测距法向测量失效问题。

本发明实施例提供了一种加工孔位法向在线修正方法，该方法包括：

定义基准孔，选取预定间距的两个或两个以上的孔位作为法向测量的基准孔；

计算修正系数，基于虚拟三维制孔模型，计算相邻基准孔P₁和P₂之间的普通制孔点P的孔位的修正系数λ，其中，λ＝|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)；

基准孔法向测量，采用激光测距传感器对基准孔法向测量，获得基准孔的实际法向；

计算偏差，将测量获得的所述基准孔的实际法向与理论法向进行比较计算，获得法向偏差；

法向修正，基于获得的所述法向偏差，对普通制孔点P的理论法向按照所述法向偏差补偿，获得所述普通制孔点P的实际法向，使所述普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。

在第一种可能的实现方式中，所述定义基准孔的方法包括：

在壁板上进行自动制孔时，选取同行或者同列孔的两端的孔位作为基准孔P₁和P₂，然后在基准孔P₁和P₂之间的预定位置定义一个或者一个以上的普通制孔点P。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述计算修正系数的方法包括：

构建用于在壁板上进行自动制孔的虚拟三维制孔模型，在所述虚拟三维制孔模型上标记基准孔P₁和P₂以及普通制孔点P；

基于虚拟三维制孔模型，通过数据处理***获得基准孔P₁和P₂以及普通制孔点P的理论法向；

将普通制孔点P的孔位的修正系数λ的计算公式λ＝|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)编程在数据处理***的软件中，并计算获得修正系数λ。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述基准孔法向测量的方法包括：

激光发射器向壁板上的基准孔P₁和P₂位置发射多束激光，将所测的距离反馈至所述数据处理***进行计算分析，获得基准孔P₁和P₂的实际法向。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述计算偏差的方法包括：

将所述基准孔的实际法向与模型中的理论法向的矢量对应在三维笛卡尔坐标系中进行三维向量计算；

通过三维向量计算获得所述基准孔P₁和P₂分别在X、Y、Z轴方向的偏差分别为：Δx₁、Δy₁、Δz₁和Δx₂、Δy₂、Δz₂。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述法向修正的方法包括：

基于修正系数λ以及所述基准孔P₁和P₂分别在X、Y、Z轴方向的偏差分别为：：Δx₁、Δy₁、Δz₁和Δx₂、Δy₂、Δz₂，计算所述普通制孔点P的法向偏差值Δx_p、Δy_p、Δz_p；

其中，Δx_p＝(1-λ)*Δx₁+λ*Δx₂，Δy_p＝(1-λ)*Δy₁+λ*Δy₂，Δz_p＝(1-λ)*Δz₁+λ*Δz₂；

基于计算获得的普通制孔点P的法向偏差值Δx_p、Δy_p、Δz_p，对普通制孔点P在线法向偏差补偿并获得实际法向，使普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。

综上，本发明采用基准孔的法向测量方法代替现有的所有加工孔位的法向测量方法，通过选取一定间距的孔位作为法向测量的基准孔，对基准孔进行法向测量，得到基准孔的实际制孔法向与理论法向的偏差，然后使用基准孔的法向偏差来修正普通制孔点的加工孔位法向，该方法操作简便、测量准确度高、修正效率高，对于提高自动制孔过程的法向测量效率有着积极作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种加工孔位法向在线修正方法的流程示意图。

图2是定义基准孔位示意图。

图3是法向修正系数计算示意图。

图4是法向偏差修正计算示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以避免对本发明造成不必要的模糊。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

自动制孔是飞机制造装配中最关键的一个环节，在飞机制造中占有十分重要的地位。飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，最广泛的连接方式是铆接，铆接的第一步工艺就是钻孔，孔的尺寸和孔壁质量严重影响着铆缝的强度。要保证孔的垂直度首先要检测工件表面的法线，然后再进行姿态调整，目前使用激光测距法向测量方法时，需要针对每一个制孔点进行法向测量和调整。

为解决自动制孔过程中，由于孔位排布密集造成的激光测距法向测量失效问题，本发明提供了一种基于基准孔法向测量的加工孔位法向在线修正方法，用于实现飞机装配自动制孔过程的法向在线测量及修正。

图1是本发明实施例的一种加工孔位法向在线修正方法的流程示意图。本实施例中的用于飞机装配自动制孔的多行列排布的加工孔位法向在线修正方法包括以下几个主要步骤：定义基准孔、计算修正系数、基准孔法向测量、计算偏差、普通孔法向修正等。本发明的加工孔位法向在线修正方法具体包括以下方法步骤：

S110：定义基准孔步骤，选取预定间距的两个或两个以上的孔位作为法向测量的基准孔。

如图2示出的定义基准孔位示意图。在本步骤中，在壁板上进行自动制孔时，如图2所示，圆圈表示基准孔，叉表示普通制孔点，选取同行或者同列孔的两端的孔位作为基准孔P₁和P₂，然后在基准孔P₁和P₂之间的预定位置定义一个或者一个以上的普通制孔点P。

S120：计算修正系数步骤，基于虚拟三维制孔模型，计算相邻基准孔P₁和P₂之间的普通制孔点P的孔位的修正系数λ，其中，λ＝|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)。

如图3示出的法向修正系数计算示意图。在本步骤中，还包括以下方法步骤：

(1)构建用于在壁板上进行自动制孔的虚拟三维制孔模型，在该虚拟三维制孔模型上标记基准孔P₁和P₂以及普通制孔点P；

(2)基于虚拟三维制孔模型，通过数据处理***获得基准孔P₁和P₂以及普通制孔点P的理论法向；

(3)将普通制孔点P的孔位的修正系数λ的计算公式λ＝|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)编程在数据处理***的软件中，并计算获得修正系数λ。

需要说明的是，根据实际定义的普通制孔点P的数量，对于其中的某一点的修正系数λp，λp＝(L₁+L₂)/(L₁+L₂+L₃+…+L_n)。

S130：基准孔法向测量步骤，采用激光测距传感器对基准孔法向测量，获得基准孔的实际法向。

在本步骤中，激光发射器向壁板上的基准孔P₁和P₂位置发射多束激光，将所测的距离反馈至数据处理***进行计算分析，获得基准孔P₁和P₂的实际法向。

S140：计算偏差步骤，将测量获得的基准孔的实际法向与理论法向进行比较计算，获得法向偏差。

在本步骤中的方法还包括：

(1)将基准孔的实际法向与理论法向的矢量对应在三维笛卡尔坐标系中进行三维向量计算；

(2)通过三维向量计算获得基准孔P₁和P₂分别在X、Y、Z轴方向的偏差分别为：Δx₁、Δy₁、Δz₁和Δx₂、Δy₂、Δz₂。

S150：法向修正步骤，基于获得的法向偏差，对普通制孔点P的理论法向按照法向偏差补偿，获得普通制孔点P的实际法向，使普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。

如图4示出的法向偏差修正计算示意图。在本步骤中的方法还包括：

(1)基于修正系数λ以及所述基准孔P₁和P₂分别在X、Y、Z轴方向的偏差分别为：Δx₁、Δy₁、Δz₁和Δx₂、Δy₂、Δz₂，计算所述普通制孔点P的法向偏差值Δx_p、Δy_p、Δz_p；

(2)其中，Δx_p＝(1-λ)*Δx₁+λ*Δx₂，Δy_p＝(1-λ)*Δy₁+λ*Δy₂，Δz_p＝(1-λ)*Δz₁+λ*Δz₂；

(3)基于计算获得的普通制孔点P的法向偏差值Δx_p、Δy_p、Δz_p，对普通制孔点P在线法向偏差补偿，使普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。

需要说明的是，本发明的方法中所用到的各计算公式和算法，可以通过在数据处理***的软件上进行预先编程，构建成数据分析处理程序，通过***自动智能化实现信息的收集和处理，能够快速准确的进行测量、计算、分析、反馈。

综上所述，本发明通过采用基准孔的法向测量方法代替现有的所有加工孔位的法向测量方法，能够大大减少需要法向测量的孔位的数目，避免测量过程中由于测量点失效导致的法向测量失败，同时对于提高自动制孔过程的法向测量效率有着积极作用。满足了当今新型飞机装配技术中对飞机装配技术提出的高质量、高效率和低成本的要求，本发明的方法操作简便、测量准确度高、修正效率高。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (6)

1.一种加工孔位法向在线修正方法，其特征在于，所述方法包括：

定义基准孔，选取预定间距的两个或两个以上的孔位作为法向测量的基准孔；

计算修正系数，基于虚拟三维制孔模型，计算相邻基准孔P₁和P₂之间的普通制孔点P的孔位的修正系数λ，其中，λ＝|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)；

基准孔法向测量，采用激光测距传感器对基准孔法向测量，获得基准孔的实际法向；

计算偏差，将测量获得的所述基准孔的实际法向与理论法向进行比较计算，获得法向偏差；

法向修正，基于获得的所述法向偏差，对所述普通制孔点P的理论法向按照所述法向偏差补偿，获得所述普通制孔点P的实际法向，使所述普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。

2.根据权利要求1所述的加工孔位法向在线修正方法，其特征在于，所述定义基准孔的方法包括：

在壁板上进行自动制孔时，选取同行或者同列孔的两端的孔位作为基准孔P₁和P₂，然后在基准孔P₁和P₂之间的预定位置定义一个或者一个以上的普通制孔点P。

3.根据权利要求1所述的加工孔位法向在线修正方法，其特征在于，所述计算修正系数的方法包括：

构建用于在壁板上进行自动制孔的虚拟三维制孔模型，在所述虚拟三维制孔模型上标记基准孔P₁和P₂以及普通制孔点P；

基于虚拟三维制孔模型，通过数据处理***获得基准孔P₁和P₂以及普通制孔点P的理论法向；

将普通制孔点P的孔位的修正系数λ的计算公式λ＝|P₁P|/(|P₁P|+|P P₂|)编程在数据处理***的软件中，并计算获得修正系数λ。

4.根据权利要求3所述的加工孔位法向在线修正方法，其特征在于，所述基准孔法向测量的方法包括：

激光发射器向壁板上的基准孔P₁和P₂位置发射多束激光，将所测的距离反馈至所述数据处理***进行计算分析，获得基准孔P₁和P₂的实际法向。

5.根据权利要求4所述的加工孔位法向在线修正方法，其特征在于，所述计算偏差的方法包括：

将所述基准孔的实际法向与模型中的理论法向的矢量对应在三维笛卡尔坐标系中进行三维向量计算；

通过三维向量计算获得所述基准孔P₁和P₂分别在X、Y、Z轴方向的偏差分别为：Δx₁、Δy₁、Δz₁和Δx₂、Δy₂、Δz₂。

6.根据权利要求5所述的加工孔位法向在线修正方法，其特征在于，所述法向修正的方法包括：

基于修正系数λ以及所述基准孔P1和P2分别在X、Y、Z轴方向的偏差分别为：Δx₁、Δy₁、Δz₁和Δx₂、Δy₂、Δz₂，计算所述普通制孔点P的法向偏差值Δx_p、Δy_p、Δz_p；

其中，Δx_p＝(1-λ)*Δx₁+λ*Δx₂，Δy_p＝(1-λ)*Δy₁+λ*Δy₂，Δz_p＝(1-λ)*Δz₁+λ*Δz₂；

基于计算获得的普通制孔点P的法向偏差值Δx_p、Δy_p、Δz_p，对普通制孔点P在线法向偏差补偿并获得实际法向，使普通制孔点P的加工法向与实际法向一致。