CN110077093B - 一种复合材料结构板快速制造方法及制造辅助*** - Google Patents

一种复合材料结构板快速制造方法及制造辅助*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料结构板快速制造方法及制造辅助***，借助制造辅助***，通过结构板下蒙皮实物图像获取、结构板模型图像获取及图像匹配与变换，将结构板模型图像通过投影仪投影到下蒙皮实物表面，然后依次装配实物埋件、蜂窝芯子及结构板上蒙皮。本发明能够简化现场工人对装配信息的获取，大幅提高了生产效率、准确性和一次成功率。

Description

一种复合材料结构板快速制造方法及制造辅助***
技术领域
本发明涉及复合材料结构板技术领域，具体涉及一种复合材料结构板快速制造方法及制造辅助***。
背景技术
复合材料结构板由上下蒙皮、蜂窝芯子、埋件胶结而成，蒙皮位于结构板最外面；蜂窝芯子位于两蒙皮中间，使用胶层将上下蒙皮连接起来；埋件嵌于结构板蜂窝芯子内，用于将外部对象与结构板连接起来。复合材料结构板具有强度高、密度小的特点，在航天器研制领域广泛应用。
通常情况下，航天器构型各异、布局不同、单件研制，因而造成结构板各不相同、单件生产。复合材料结构板蒙皮使用机器切割、开孔，但蜂窝芯子、埋件需要通过人工放置。结构板表面通常有热控措施，如喷漆、加热片、尼龙销钉、ORS片等；各热控措施都有严格位置要求，通常使用手工测量、划线标记，再热控实施。当前生产模式存在诸多不足，日益不能满足效率、进度的要求；为满足结构板生产扩产需求，结构板研制模式必须优化。结构板二维图纸下厂升级为三维模型下厂后，工艺准备效率提升一倍以上；但基于三维模型的结构埋件放置环节存手段不足的问题：由于计算机与工作台之间不可消除的距离，现场工人使用计算机查看结构板三维模型后，如图1所示，需要工人手工记录或用脑记下结构埋件的类型与位置，并按照记录或记忆进行埋件的摆放；另外，由于计算机与工作台之间的距离，需要工人在计算机与工作台之间来回走动，反复确认模型信息和实物，确保埋件摆放正确、热控措施区域正确、位置正确。在这种生产模式中，长期存在现场工人劳动强度大、生产效率低、产品一次成功率低、产品检验困难等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种复合材料结构板快速制造方法及制造辅助***，能够简化现场工人对装配信息的获取，大幅提高了生产效率、准确性和一次成功率。
本发明采取的技术方案如下：
一种复合材料结构板快速制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤一，在工作台上，将开孔的结构板下蒙皮放置到位，然后将靶标安装到位，并在下蒙皮上涂覆胶层；
步骤二，利用工业相机获取结构板下蒙皮实物图像，并使用软件识别下蒙皮表面的靶标信息；
使用软件打开结构板三维模型，并识别结构板模型图像中的靶标信息；对下蒙皮实物图像、结构板模型图像进行畸变处理，匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
步骤三，将处理后的结构板模型图像通过投影仪投影到下蒙皮实物表面，确保投影的结构板模型图像的靶标位置与下蒙皮实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合；
步骤四，依次装配实物埋件、蜂窝芯子及结构板上蒙皮。
进一步地，所述步骤二之前进一步包括：通过标定板对工业相机、标定板及投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合。
进一步地，所述步骤二中畸变处理的具体方法为：利用变换矩阵对下蒙皮实物图像进行变换，消除工业相机畸变；计算结构板模型图像与下蒙皮实物图像之间的畸变矩阵，并使用畸变逆矩阵对结构板模型图像进行再处理。
进一步地，所述软件基于二次开发复合材料结构板辅助制造软件，包含五个模块，分别为：标定模块、实物图像获取模块、模型图像获取模块、图像匹配及变换模块及图像输出模块；
标定模块用于基于标定板对工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
实物图像获取模块用于识别下蒙皮实物表面的靶标信息；
模型图像获取模块用于提取结构板三维模型中的图像信息，并识别结构板模型图像中的靶标信息；
图像匹配及变换模块用于对下蒙皮实物图像、结构板模型图像进行畸变处理，并匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
图像输出模块用于将处理后的结构板模型图像输出到下蒙皮实物表面，确保输出的结构板模型图像的靶标位置与实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合。
一种复合材料结构板快速制造辅助***，所述制造辅助***包括计算机、工业相机和投影仪；
所述计算机用于复合材料结构板模型的显示、软件运行和硬件连接，配置Pro/E二次开发复合材料结构板辅助制造软件，并与工业相机、投影仪连接到位；
所述工业相机用于获取现场工作台上的结构板下蒙皮和靶标的实物图像信息；
所述二次开发复合材料结构板辅助制造软件用于提取实物图像、模型图像，借助设置的靶标信息匹配实物图像与模型图像，并将模型图像输出给投影仪；
所述投影仪用于将模型图像输出到实物表面，在结构板实物上展现埋件安装位置。
进一步地，所述二次开发复合材料结构板辅助制造软件包含五个模块，分别为：标定模块、实物图像获取模块、模型图像获取模块、图像匹配及变换模块及图像输出模块；
标定模块用于基于标定板对工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
实物图像获取模块用于识别实物表面的靶标信息；
模型图像获取模块用于提取结构板三维模型中的图像信息，并识别结构板模型图像中的靶标信息；
图像匹配及变换模块用于对下蒙皮实物图像、模型图像进行畸变处理，并匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
图像输出模块用于将处理后的结构板模型图像输出到实物表面，确保输出的结构板模型图像的靶标位置与实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合。
有益效果：
本发明该方法使用了Pro/E软件、结构板三维模型和结构板蒙皮实物，打通了三维模型到实物结构板的信息链路，通过实物图像获取、模型图像获取、图像匹配与变换、图像输出，实现了模型图像与实物的1:1真实贴合，结构埋件在实物结构板上分类显示，直观地展示了装配信息，极简化了现场工人对装配信息的获取，大幅提高了生产效率、准确性和一次成功率；
而且能够实现结构板表面热控设施位置信息在结构板实物表面的快速展示，避免了现场工人的手工测量与标记，显著提高了热控实施的效率和准确性；其次，检验人员使用该工具可快速检查结构板装配情况，显著提高检验效率。
附图说明
图1为传统的复合材料结构板制造流程；
图2为本发明的软硬件构成；
图3为本发明的复合材料结构板辅助制造软件模块构成；
图4为本发明的复合材料结构板制造流程；
图5为本发明的复合材料结构板信息流程。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种复合材料结构板快速制造方法，如图2所示，采用硬件和软件，硬件包括计算机、标定板、工业相机和投影仪，软件主体采用Pro/E。
生产现场的计算机用于复合材料结构板模型的显示、软件运行和硬件连接，配置Pro/E二次开发复合材料结构板辅助制造软件，并与工业相机、投影仪连接到位。
工业相机用于获取现场工作台上的结构板下蒙皮和靶标的实物图像信息，并使用图像识别对实物图像进行处理。
投影仪用于计算机中处理后的图像输出到实物表面。
如图3所示，基于Pro/E二次开发复合材料结构板辅助制造软件，包含五个模块：标定模块、实物图像获取模块、模型图像获取模块、图像匹配及变换模块及图像输出模块；
标定模块用于基于标定板对工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
实物图像获取模块用于识别实物表面的靶标信息；
模型图像获取模块用于提取结构板三维模型中的图像信息，并识别结构板模型图像中的靶标信息；
图像匹配及变换模块用于对下蒙皮实物图像、结构板模型图像进行畸变处理，并匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
图像输出模块用于将处理后的结构板模型图像输出到实物表面，确保输出的结构板模型图像的靶标位置与实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合。
如图4、图5所示，制造时复合材料结构板采用以下步骤：
步骤一，在工作台上，将开孔的结构板下蒙皮放置到位，然后将靶标安装到位；
步骤二，按照工艺要求，在结构板下蒙皮上涂覆胶层；
步骤三，按照工艺要求，将结构板的埋件实物齐套。
步骤四，利用工业相机获取结构板下蒙皮实物图像，并使用实物图像获取模块识别下蒙皮实物表面的靶标信息；
使用Pro/E软件打开结构板三维模型，将背景颜色设置为白色，提高对比度，通过模型图像获取模块识别结构板模型图像中的靶标信息；
采用标定模块提前获取工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵，图像匹配及变换模块利用变换矩阵对下蒙皮实物图像、结构板模型图像进行畸变处理，之后匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
步骤五，使用模型树或过滤功能，批量选中需要安装的同类型埋件；
步骤六，图像输出模块将处理后的结构板模型图像通过投影仪投影到实物表面，在实物表面1:1显示模型信息，确保投影的结构板模型图像的靶标位置与下蒙皮实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合；
步骤七，按照结构板表面显示的模型信息进行结构板埋件的摆放；检查是否还有其他类型埋件，若有，则将结构板模型图像再次通过投影仪投影到实物表面，在实物表面1:1显示模型信息，按照显示的模型信息进行其他类型埋件安装；若无，则进行下一步操作；
步骤八，所有埋件放置完毕后，进行蜂窝芯子的放置；
步骤九，按照工艺要求，进行结构板上蒙皮的装配。
复合材料结构板装配完成后，可继续采用上述方法进行热控喷漆、销钉粘贴及加热片粘贴的实施或检验。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种复合材料结构板快速制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
步骤一，在工作台上，将开孔的结构板下蒙皮放置到位，然后将靶标安装到位，并在下蒙皮上涂覆胶层；
通过标定板对工业相机、标定板及投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
步骤二，利用工业相机获取结构板下蒙皮实物图像，并使用软件识别下蒙皮表面的靶标信息；
使用软件打开结构板三维模型，并识别结构板模型图像中的靶标信息；对下蒙皮实物图像、结构板模型图像进行畸变处理，匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
步骤三，将处理后的结构板模型图像通过投影仪投影到下蒙皮实物表面，确保投影的结构板模型图像的靶标位置与下蒙皮实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合；
步骤四，依次装配实物埋件、蜂窝芯子及结构板上蒙皮。
2.如权利要求1所述的复合材料结构板快速制造方法，其特征在于，所述步骤二中畸变处理的具体方法为：利用变换矩阵对下蒙皮实物图像进行变换，消除工业相机畸变；计算结构板模型图像与下蒙皮实物图像之间的畸变矩阵，并使用畸变逆矩阵对结构板模型图像进行再处理。
3.如权利要求1所述的复合材料结构板快速制造方法，其特征在于，所述软件基于二次开发复合材料结构板辅助制造软件，包含五个模块，分别为：标定模块、实物图像获取模块、模型图像获取模块、图像匹配及变换模块及图像输出模块；
标定模块用于基于标定板对工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
实物图像获取模块用于识别下蒙皮实物表面的靶标信息；
模型图像获取模块用于提取结构板三维模型中的图像信息，并识别结构板模型图像中的靶标信息；
图像匹配及变换模块用于对下蒙皮实物图像、结构板模型图像进行畸变处理，并匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
图像输出模块用于将处理后的结构板模型图像输出到下蒙皮实物表面，确保输出的结构板模型图像的靶标位置与实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合。
4.一种复合材料结构板快速制造辅助***，其特征在于，所述制造辅助***包括计算机、工业相机和投影仪；
所述计算机用于复合材料结构板模型的显示、软件运行和硬件连接，配置Pro/E二次开发复合材料结构板辅助制造软件，并与工业相机、投影仪连接到位；
所述工业相机用于获取现场工作台上的结构板下蒙皮和靶标的实物图像信息；
所述二次开发复合材料结构板辅助制造软件用于提取实物图像、模型图像，借助设置的靶标信息匹配实物图像与模型图像，并将模型图像输出给投影仪；且基于标定板对工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
所述投影仪用于将模型图像输出到实物表面，在结构板实物上展现埋件安装位置。
5.如权利要求4所述的复合材料结构板快速制造辅助***，其特征在于，所述二次开发复合材料结构板辅助制造软件包含五个模块，分别为：标定模块、实物图像获取模块、模型图像获取模块、图像匹配及变换模块及图像输出模块；
标定模块用于基于标定板对工业相机、标定板、投影仪之间的变换矩阵进行标定，确保工业相机获取的实物图像信息经变换后与标定板完全重合、经逆变换后的标定板建模图像经投影仪投放后与标定板实物重合；
实物图像获取模块用于识别实物表面的靶标信息；
模型图像获取模块用于提取结构板三维模型中的图像信息，并识别结构板模型图像中的靶标信息；
图像匹配及变换模块用于对下蒙皮实物图像、模型图像进行畸变处理，并匹配结构板模型图像与下蒙皮实物图像中的靶标信息；
图像输出模块用于将处理后的结构板模型图像输出到实物表面，确保输出的结构板模型图像的靶标位置与实物靶标位置重合，埋件位置与结构板下蒙皮开孔位置重合。
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