CN112526916B - 一种飞机装配型架碰撞监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空制造技术领域，具体涉及一种飞机装配型架碰撞监控方法，其包括如下步骤：步骤1，构建碰撞监控***；步骤2，安装碰撞监控***；步骤3，准备碰撞测试件；步骤4，碰撞测试与参数设定；步骤5，对装配型架进行碰撞监控。本申请将飞机型架在装配过程中收到的碰撞与冲击进行量化，通过实验得出飞机装配过程中相关工具碰撞产生的频率范围和阈值，综合考虑了工具的材质、结构、使用方式等实际因素，能够准确的判断碰撞源，具有很强的实用性和指导意义。

Description

一种飞机装配型架碰撞监控方法

技术领域

本发明属于航空制造技术领域，具体涉及一种飞机装配型架碰撞监控方法。

背景技术

飞机装配型架是航空制造领域中一项十分重要的制造工艺装备，绝大多数飞机零组件、部件及整机装配都是在装配型架上完成的。在装配过程中，装配型架对装配对象起到定位、夹紧、支撑等作用，为保证装配出的零部件和整机满足各项形位精度要求，飞机装配型架自身的制造精度要求往往更高且造价不菲。一套制造合格的型架可能因使用维护不当出现定位精度降低甚至不达标等情况，轻则将缩短装配型架的使用寿命，重则直接影响飞机装配质量，造成重大经济损失或安全隐患。工人在装配型架上安装拆卸飞机零部件、型架插销等，常常需要借助木榔头等工具敲击装卸对象或与之关联的型架结构，达到位置微调、保证贴合和辅助拆卸等目的。为了不影响飞机零部件表面质量和装配型架的性能，飞机制造企业通常对装配型架上使用的敲击工具和作业方式等有相关要求，并且采用定期检查的方式确定装配型架的技术状态是否达标。但在实际生产中，仍存在因不正常碰撞致使装配型架性能不达标的情况，一方面是因为管理层面上的措施往往难以贯彻到位，不能确保工人在任何情况下均严格采用正确的工具和方式进行作业，另一方面，对意外碰撞缺乏有效监控识别，出现意外碰撞时不清楚碰撞对型架造成的影响有多大，是否需要进行检查、测量，缺乏量化数据进行决策，此类问题均是飞机装配型架在使用过程中面临的痛点，因此找到一种能够有效监控飞机装配型架所受碰撞情况的方法，明确碰撞源，量化碰撞剧烈程度，对于飞机装配工作极具实用价值且需求迫切。

发明内容

本发明提出了一种实时监控飞机装配型架受碰撞情况的方法，通过此方法可以判断装配型架是否在某一特定时刻发生碰撞，确定碰撞源的材质类别，量化碰撞剧烈程度。

为实现上述技术效果，具体内容如下：

一种飞机装配型架碰撞监控方法，包括如下步骤：

首先检测是够存在碰撞监控***，如果没有，则执行步骤1，如果已存在碰撞监控***，则执行步骤2；

步骤1，构建碰撞监控***；

所述碰撞监控***包含振动传感器、数据采集装置、计算机和监控子***，所述振动传感器与数据采集装置信号相连，所述数据采集装置与计算机信号相连，所述计算机内设置有监控子***；

所述监控子***包括数据接口模块、降噪算法模块、傅里叶变换模块和监控函数模块，

其中，所述数据接口模块用于数据采集装置与计算机的通讯，传递采集的振动信号数据；

降噪算法模块采用小波阈值去噪算法去除原始数据中的噪声，方法如下：

将原始数据与高斯白噪声进行叠加，则混叠后的信号可以表示为：

x_t=y_t+σz_t (1)

式（1）中：x_t为混叠噪声后的待处理信号；y_t为去噪后的信号；σ为噪声级；z_t为标准高斯白噪声信号，小波阈值法将xt中zt剔除的步骤如下：

第1步：***振动信号的分解，选取合适的小波基将含噪信号x_t进行N层小波分解。

第2步：对不同层数系数选择不同阈值进行阈值量化处理，将由z_t衍生的系数过滤掉。

第3步：对量化后的小波系数重构，得到去噪后的信号y_t。

傅里叶变换模块用于生成振动信号数据的频谱，采用MATLAB提供的快速傅里叶变换函数对离散振动信号求解频谱，频谱上出现振动幅值大于预设阈值时则视为有碰撞发生；

监控子***模块用于实时观测频谱判断是否出现碰撞，监控子***将抽取各个频段的最大振幅，将其与个频段的阈值进行比较，若大于阈值，则判定发生了碰撞，并根据频段范围得出碰撞物类型。各个频段对应的碰撞阈值和碰撞物材质由实验得到；其输出是是否发生碰撞，以及碰撞对应的频段、剧烈程度和碰撞源材质。

步骤2，安装碰撞监控***；

首先在装配型架上布置振动传感器，用于采集装配型架产生的振动信号，安装在装配型架精度要求高的结构上，完成传感器线缆和数据采集装置的连接，以及数据采集装置与监控子***间的通讯。

检测是否设置监控参数，如果没有设置，则执行步骤3，如果已经设置监控参数，则直接执行步骤5；

步骤3，准备碰撞测试件；

确定装配型架在使用过程中可能出现的碰撞源，准备碰撞源实物或其典型试件作为碰撞测试件，将碰撞测试件分为合法碰撞物和非法碰撞物两类，合法碰撞物是指按照相关工艺要求，可以与装配型架发生碰撞的物件；非法碰撞物是指任何情况下均不允许与装配型架发生碰撞的物件。

步骤4，碰撞测试与参数设定；

利用碰撞测试件对监控***进行碰撞测试，以获取不同碰撞源的振动频段和振幅阈值，将这些数据作为监控子***的输入参数；碰撞测试时，首先对合法类碰撞物进行测试，每一件合法类碰撞物用两个等级的力度敲击，分别为触发碰撞识别的最小敲击力和允许发生的最大敲击力度；之后对非法类碰撞物进行测试，仅测试触发碰撞识别的最小敲击力度，该力度可综合型架承受能力和监控***可准确识别的最小振幅确定；将所有碰撞测试得到的振幅阈值、频段和对应碰撞源材质名称作为参数输入至监控子***使其生效。

步骤5，对装配型架进行碰撞监控；

在生产过程中开启碰撞监控***，当碰撞发生时，监控子***将提示发生碰撞，并显示碰撞源频段、碰撞剧烈程度和碰撞源材质。

本申请的优点在于：

本申请将飞机型架在装配过程中收到的碰撞与冲击进行量化，通过实验得出飞机装配过程中相关工具碰撞产生的频率范围和阈值，综合考虑了工具的材质、结构、使用方式等实际因素，能够准确的判断碰撞源，具有很强的实用性和指导意义。

附图说明

图1是一种飞机装配型架碰撞监控方法的流程图

图2是一种飞机装配型架碰撞监控方法的监控***示意图

附图2标记：1-振动传感器，2-数据采集装置，3-计算机，4-连接线缆，5-飞机装配型架结构，6-飞机装配型架定位装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

步骤1：构建碰撞监控***，选用加速度振动传感器、含以太网接口的数据采集装置和一台计算机，在计算机中开发监控软件，监控软件由数据接口、降噪算法、傅里叶变换和监控函数组成。数据接口用于与数据采集装置通讯，获取振动信号数据；采用高斯滤波作为降噪算法；利用傅里叶变换生成振动信号数据的频谱；监控函数用于实时观测频谱中各频段振幅是否大于预设阈值，并根据频段范围确定碰撞源材质类型，可对不同频段设置不同振幅阈值进行监控，也可在一个频段内监控多个阈值。监控函数的输入是各个频段对应的碰撞识别阈值和碰撞源材质，这些输入数据为软件参数，由用户设定；其输出是发生碰撞与否，以及碰撞的频段、剧烈程度和碰撞源材质。其中，碰撞剧烈程度量化指标为：（实测振幅值−阈值）/阈值×100%，该指标与碰撞剧烈程度正相关。

步骤2：安装碰撞监控***，在装配型架的***基体结构上安装加速度振动传感器，将传感器线缆与数据采集装置相连接，通过以太网网线连接数据采集装置与微型计算机，并建立软件通讯。

步骤3：准备碰撞测试件，将木质榔头、扳手、螺丝刀作为合法碰撞物，运输小车等作为非法碰撞物。

步骤4：碰撞测试与参数设定，利用碰撞测试件对监控***进行碰撞测试，以获取不同碰撞源的频段和振幅阈值，将这些数据作为监控软件的输入参数。碰撞测试时，首先对合法类碰撞物进行测试，合法类碰撞物用两个力度敲击，分别为触发碰撞识别的最小敲击力和允许发生的最大敲击力度；之后对非法类碰撞物进行测试，仅测试触发碰撞识别的最小敲击力度。将所有碰撞测试得到的振幅阈值、频段和对应碰撞源材质名称作为参数输入至监控软件并使其生效。

步骤5：对装配型架进行碰撞监控，当碰撞发生时监控软件将提示发生碰撞，并显示碰撞源频段、碰撞频段、碰撞程度和碰撞源材质。可将一套应用效果良好的监控***及其设定的参数直接应用于同型号或类似装配型架。

实施例2

一种飞机装配型架碰撞监控方法，包括如下步骤：

首先检测是够存在碰撞监控***，如果没有，则执行步骤1，如果已存在碰撞监控***，则执行步骤2；

步骤1，构建碰撞监控***；

所述碰撞监控***包含振动传感器、数据采集装置、计算机和监控子***，所述振动传感器与数据采集装置信号相连，所述数据采集装置与计算机信号相连，所述计算机内设置有监控子***；

所述监控子***包括数据接口模块、降噪算法模块、傅里叶变换模块和监控函数模块，

其中，所述数据接口模块用于数据采集装置与计算机的通讯，传递采集的振动信号数据；

降噪算法模块采用小波阈值去噪算法去除原始数据中的噪声，方法如下：

将原始数据与高斯白噪声进行叠加，则混叠后的信号可以表示为：

x_t=y_t+σz_t (1)

式（1）中：x_t为混叠噪声后的待处理信号；y_t为去噪后的信号；σ为噪声级；z_t为标准高斯白噪声信号，小波阈值法将xt中zt剔除的步骤如下：

第1步：***振动信号的分解，选取合适的小波基将含噪信号x_t进行N层小波分解，其中小波基与层次N的选取可以通过计算或者经验中得来。

第2步：对不同层数系数选择不同阈值进行阈值量化处理，将由z_t衍生的系数过滤掉。

第3步：对量化后的小波系数重构，得到去噪后的信号y_t。

傅里叶变换模块用于生成振动信号数据的频谱，采用MATLAB提供的快速傅里叶变换函数对离散振动信号求解频谱，频谱上出现振动幅值大于预设阈值时则视为有碰撞发生，由于不同材质的碰撞物产生的振动频率不同，因此可依据频段范围确定振动源的材质类型；

监控子***模块用于实时观测频谱判断是否出现碰撞，可对不同频段设置不同的碰撞振幅阈值进行监控，也可在一个频段内监控多个阈值。监控子***将抽取各个频段的最大振幅，将其与个频段的阈值进行比较，若大于阈值，则判定发生了碰撞，并根据频段范围得出碰撞物类型。其中，各个频段对应的碰撞阈值和碰撞物材质由实验得到，是监控子***参数，由用户设定；其输出是是否发生碰撞，以及碰撞对应的频段、剧烈程度和碰撞源材质。

其中，碰撞剧烈程度可直接用振幅值表示，也可将振幅值换算为一个指标，例如，用“（实测振幅值−阈值）/阈值×100%”量化碰撞剧烈程度，该百分比越大则表示碰撞剧烈程度越高。

步骤2，安装碰撞监控***；

首先在装配型架上布置振动传感器，用于采集装配型架产生的振动信号，传感器类型、规格和安装位置应根据装配型架的结构、材质以及监控目标点确定，其布置原则是尽可能直接安装在装配型架精度要求高的结构上，对于不能实现的应尽可能靠近此类结构，选取与此类结构直接相连接的部位。最后完成传感器线缆和数据采集装置的连接，以及数据采集装置与监控子***间的通讯。

检测是否设置监控参数，如果没有设置，则执行步骤3，如果已经设置监控参数，则直接执行步骤5；

步骤3，准备碰撞测试件；

确定装配型架在使用过程中可能出现的碰撞源，准备碰撞源实物或其典型试件作为碰撞测试件，例如木质榔头、扳手、螺丝刀和运输小车等均为可能的碰撞源。将碰撞测试件分为合法碰撞物和非法碰撞物两类，合法碰撞物是指按照相关工艺要求，可以与装配型架发生碰撞的物件，如木质榔头可以用来敲击装配型架；非法碰撞物是指任何情况下均不允许与装配型架发生碰撞的物件，例如运输小车等。

步骤4，碰撞测试与参数设定；

利用碰撞测试件对监控***进行碰撞测试，以获取不同碰撞源的振动频段和振幅阈值，将这些数据作为监控子***的输入参数；碰撞测试时，首先对合法类碰撞物进行测试，每一件合法类碰撞物用两个等级的力度敲击，分别为触发碰撞识别的最小敲击力和允许发生的最大敲击力度；之后对非法类碰撞物进行测试，仅测试触发碰撞识别的最小敲击力度，该力度可综合型架承受能力和监控***可准确识别的最小振幅确定；将所有碰撞测试得到的振幅阈值、频段和对应碰撞源材质名称作为参数输入至监控子***使其生效。可利用测试件对监控***进行重复测试，以调整得到最优的参数设定。

步骤5，对装配型架进行碰撞监控；

在生产过程中开启碰撞监控***，当碰撞发生时，监控子***将提示发生碰撞，并显示碰撞源频段、碰撞剧烈程度和碰撞源材质。

所述监控子***中的傅里叶变换可替换为其他信号处理算法，例如小波分析，监控函数的监控对象也可由频谱替换为功率谱、能量谱等。

Claims (4)

1.一种飞机装配型架碰撞监控方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先检测是够存在碰撞监控***，如果没有，则执行步骤1，如果已存在碰撞监控***，则执行步骤2；

步骤1，构建碰撞监控***；

所述碰撞监控***包含振动传感器、数据采集装置、计算机和监控子***，所述振动传感器与数据采集装置信号相连，所述数据采集装置与计算机信号相连，所述计算机内设置有监控子***；

所述监控子***包括数据接口模块、降噪算法模块、傅里叶变换模块和监控函数模块，

其中，所述数据接口模块用于数据采集装置与计算机的通讯，传递采集的振动信号数据；

降噪算法模块采用小波阈值去噪算法去除原始数据中的噪声，方法如下：

混叠噪声后的待处理信号表示为：

x_t=y_t+σz_t (1)

式（1）中：x_t为混叠噪声后的待处理信号；y_t为去噪后的信号；σ为噪声级；z_t为标准高斯白噪声信号；

傅里叶变换模块用于生成振动信号数据的频谱，采用MATLAB提供的快速傅里叶变换函数对离散振动信号求解频谱，频谱上出现振动幅值大于预设阈值时则视为有碰撞发生；

监控子***模块用于实时观测频谱判断是否出现碰撞，监控子***将抽取各个频段的最大振幅，将其与各个频段的阈值进行比较，若大于阈值，则判定发生了碰撞，并根据频段范围得出碰撞物类型，各个频段对应的碰撞阈值和碰撞物材质由实验得到；其输出是否发生碰撞，以及碰撞对应的频段、剧烈程度和碰撞源材质；

步骤2，安装碰撞监控***；

首先在装配型架上布置振动传感器，用于采集装配型架产生的振动信号，安装在装配型架精度要求高的结构上，完成传感器线缆和数据采集装置的连接，以及数据采集装置与监控子***间的通讯；

检测是否设置监控参数，如果没有设置，则执行步骤3，如果已经设置监控参数，则直接执行步骤5；

步骤3，准备碰撞测试件；

确定装配型架在使用过程中可能出现的碰撞源，准备碰撞源实物或其典型试件作为碰撞测试件，将碰撞测试件分为合法碰撞物和非法碰撞物两类，合法碰撞物是指按照相关工艺要求，可以与装配型架发生碰撞的物件，非法碰撞物是指任何情况下均不允许与装配型架发生碰撞的物件；

步骤4，碰撞测试与参数设定；

利用碰撞测试件对监控***进行碰撞测试，以获取不同碰撞源的振动频段和振幅阈值，将这些数据作为监控子***的输入参数；碰撞测试时，首先对合法类碰撞物进行测试，每一件合法类碰撞物用两个等级的力度敲击，分别为触发碰撞识别的最小敲击力和允许发生的最大敲击力度；之后对非法类碰撞物进行测试，仅测试触发碰撞识别的最小敲击力度，该力度可综合型架承受能力和监控***可准确识别的最小振幅确定；将所有碰撞测试得到的振幅阈值、频段和对应碰撞源材质名称作为参数输入至监控子***使其生效；

步骤5，对装配型架进行碰撞监控；

在生产过程中开启碰撞监控***，当碰撞发生时，监控子***将提示发生碰撞，并显示碰撞源频段、碰撞剧烈程度和碰撞源材质。

2.根据权利要求1所述的一种飞机装配型架碰撞监控方法，其特征在于：

步骤1中，降噪算法模块利用小波阈值法将xt中zt剔除的步骤如下：

第1步：振动信号的分解，选取合适的小波基将含噪信号x_t进行N层小波分解；

第2步：对不同层数系数选择不同阈值进行阈值量化处理，将由z_t衍生的系数过滤掉；

第3步：对量化后的小波系数重构，得到去噪后的信号y_t。

3.根据权利要求1所述的一种飞机装配型架碰撞监控方法，其特征在于：步骤1中，碰撞剧烈程度直接用振幅值表示或将振幅值换算为一个指标。

4.根据权利要求1所述的一种飞机装配型架碰撞监控方法，其特征在于：所述碰撞源包括木质榔头、扳手、螺丝刀和运输小车。

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