一种飞机装配结合面数字化加垫方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机装配结合面数字化加垫方法，该数字化加垫方法扫描获取飞机部件的点云数据，根据点云数据对两个部件之间的结合面进行对齐从而获取两个部件结合面之间的间隙区域，并进一步将该间隙区域划分若干个小的局部间隙区域，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数，并按照对应的最优垫片参数对每个局部间隙区域添加垫片，完成两个部件结合面之间的整个间隙区域的加垫。该数字化加垫方法用于在飞机装配结合面的间隙中填充补偿垫片，减小结构不完整带来的危害，整个过程通过计算机完成，尤其是通过点云数据计算间隙大小，克服了人工操作产生的误差，保障了测量精度，且提高测量效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该数字化加垫方法扫描获取飞机部件的点云数据，根据点云数据对两个部件之间的结合面进行对齐从而获取两个部件结合面之间的间隙区域，并进一步将该间隙区域划分若干个小的局部间隙区域，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数，并按照对应的最优垫片参数对每个局部间隙区域添加垫片，完成两个部件结合面之间的整个间隙区域的加垫。该数字化加垫方法用于在飞机装配结合面的间隙中填充补偿垫片，减小结构不完整带来的危害，整个过程通过计算机完成，尤其是通过点云数据计算间隙大小，克服了人工操作产生的误差，保障了测量精度，且提高测量效率。【专利说明】
本专利技术涉及一种飞机制造领域，尤其涉及。
技术介绍
在飞机制造领域，飞机的装配过程常常会出现零部件结合面处产生间隙、无法完全贴合的现象。产生这种现象原因有:一是限于零部件制造设备精度或制造工艺能力，零部件实际形位尺寸与名义值存在较大偏差，即制造误差导致零部件形位尺寸不准确；二是即便零部件有足够的制造精度，即形位尺寸偏差在设计容差范围内，若实际尺寸往同一个方向发生偏离，同样会导致零部件形位尺寸不准确；三是零部件在定位的时候产生误差，这种定位误差在零部件一级一级传递过程中导致误差积累和放大，定位误差的传递和积累影响了飞机的装配准确性和装配协调性，严重的甚至在某些零部件的结合部分无法协调装配；四是复合材料在飞机制造中占据越来越大的比重，而复合材料除了结构强度高等优点外其表面粗糙度也较高，厚度方向尺寸难以控制，因此复合材料构件通常更容易在结合面处产生间隙。间隙在飞机制造领域是不容忽视的，如果忽视间隙的存在，采用强制装配与连接，会产生结构变形及较大的内应力，影响飞机的气动外形和承力性能，复合材料构件甚至会发生结构分层，导致脱层事故。为了解决飞机零部件结合面处产生间隙，结构完整性受到破坏，影响飞机气动外形和结构强度的问题，飞机制造商采用预装配-测量-协调-再测量-再协调的反复测量工艺。这种方法一定程度上处理了装配间隙问题，但是这种方法依靠人工通过塞尺塞规测量间隙大小，过度依赖工人操作水平且测量精度低；预装配完成后无法了解间隙的全局分布，因此需要反复的测量与协调，耗时耗力；加垫过程凭经验和直觉缺少理论指导无法验证所加垫片是否为最优化方案。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了。一种飞机装配结合面的数字化加垫方法，所述飞机装配结合面为第一部件的第一表面和第二部件的第二表面，所述数字化加垫方法包括:(I)按照设定的扫描路径分别对第一表面和第二表面进行扫描，获取相应的点云数据；(2)利用获得的点云数据，确定第一表面中的各点在第二表面中各点的对应关系，并根据所述的对应关系将第一表面与第二表面对齐；(3)计算对齐后的第一表面与第二表面的之间的间隙大小，并根据所述的间隙大小将第一表面和第二表面之间的间隙区域划分为若干个局部间隙区域并记录各个局部间隙区域的位置；(4)根据第一表面的点云数据和第二表面的点云数据，以及各个局部间隙区域的位置，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数；(5)根据每个局部间隙区域的最优垫片参数选择相应的垫片，并将该垫片垫加至第一表面与第二表面之间。所述的扫描路径以减小冗余测量数据和规避空间阻挡物为原则，能够完整扫描到第一表面和第二表面。确定扫描路径后，通过计算机将该路径输入到数控机床，由数控机床带动激光扫描仪的按照设定的路径完成扫描。本专利技术的飞机装配结合面的数字化加垫方法通过飞机数字化装配系统实现，也可以采用其他测试系统实现。该方法首先扫描获取飞机部件的点云数据，根据点云数据对两个部件之间的结合面进行对齐从而获取两个部件结合面之间的间隙区域，并进一步将该间隙区域划分若干个小的局部间隙区域，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数，并按照对应的最优垫片参数对每个局部间隙区域加垫片，完成两个部件结合面之间的整个间隙区域的加垫。该加垫方法中将两个部件之间的间隙区域划分为若干个小的局部间隙区域，大大减小了计算的数据量，使数字化加垫方法具有实际应用意义。且整个加垫方案均通过计算机完成，通过点云数据对两个部件进行对齐以及计算两个部件的结合面之间的间隙大小，无需预装配，省略人工塞规测量环节，且不需要反复进人工行协调和测量，且测量精度高精度闻，大大提闻了装配效率和装配质量。所述步骤(2)中对齐方法如下:(2-1)以第一表面和第二表面中任意一个表面的点云数据作为参考数据集，以另一个表面的点云数据作为移动数据集，并根据所述的参考数据集和移动数据集计算得到用于将第一表面和第二表面对齐的变换矩阵；(2-2)将变换矩阵作用于移动数据集，得到第一部件与第二部件配合时的外形面的测量数据集，完成对齐。本专利技术中采用的坐标系为飞机坐标系，扫描得到的各个点云数据为飞机部件的表面上的点在飞机坐标系中的坐标，即可以认为是一个3维列向量。但在实际应用中，为实现部件对齐，通常将点云坐标扩展为一个4维列向量，扩展时直接以第4个分量为I。变换矩阵为4X4的矩阵，包含旋转矢量和平移矢量。变换矩阵作用于移动数据集即为将变换矩阵分别乘以移动数据集中的每个点云数据，得到的外形面的测量数据集中各个点云数据即为变换矩阵乘以移动数据集中的相应的点云数据。所述步骤(2-1)中通过以下方法计算变换矩阵:(2-11)利用最近点为搜索原则确定移动数据集中各点在参考数据集中的对应点，计算移动数据集中的点Xi到参考数据集中所有点的距离，选择最小距离所对应的j点作为Xi的对应点rj ；(2-12)根据移动数据集中各点在参考数据集中的对应点以及与该对应点间的距离建立误差目标函数为:Em = Σni=1ε2 (|rj-T*xi|)，其中，η为移动数据集中点的总数，T为变换矩阵；(2-13)从第一表面与第二表面的点云数据中提取凹槽和内孔边缘得到若干条轮廓线，根据所述的轮廓线建立边缘轮廓约束误差，其中第k条轮廓线对应的边缘轮廓约束误差为:【权利要求】1.一种飞机装配结合面的数字化加垫方法，其特征在于，所述飞机装配结合面为第一部件的第一表面和第二部件的第二表面，所述数字化加垫方法包括: (I)按照设定的扫描路径分别对第一表面和第二表面进行扫描，获取相应的点云数据； (2 )利用获得的点云数据，确定第一表面中的各点在第二表面中各点的对应关系，并根据所述的对应关系将第一表面与第二表面对齐； (3)计算对齐后的第一表面与第二表面之间的间隙大小，并根据所述的间隙大小将第一表面和第二表面之间的间隙区域划分为若干个局部间隙区域并记录各个局部间隙区域的位置； (4)根据第一表面的点云数据和第二表面的点云数据，以及各个局部间隙区域的位置，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数； (5)根据每个局部间隙区域的最优垫片参数选择相应的垫片，并将该垫片垫加至第一表面与第二表面之间。2.如权利要求1所述的飞机装配结合面的数字化加垫方法，其特征在于，所述步骤(2)中对齐方法如下: (2-1)以第一表面和第二表面中任意一个表面的点云数据作为参考数据集，以另一个表面的点云数据作为移动数据集，并根据所述的参考数据集和移动数据集计算得到用于将第一表面和第二表面对齐的变换矩阵； (2-2)将变换矩阵作用于移动数据集，得到第一部件与第二部件配合时的外形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机装配结合面的数字化加垫方法，其特征在于，所述飞机装配结合面为第一部件的第一表面和第二部件的第二表面，所述数字化加垫方法包括：（1）按照设定的扫描路径分别对第一表面和第二表面进行扫描，获取相应的点云数据；（2）利用获得的点云数据，确定第一表面中的各点在第二表面中各点的对应关系，并根据所述的对应关系将第一表面与第二表面对齐；（3）计算对齐后的第一表面与第二表面之间的间隙大小，并根据所述的间隙大小将第一表面和第二表面之间的间隙区域划分为若干个局部间隙区域并记录各个局部间隙区域的位置；（4）根据第一表面的点云数据和第二表面的点云数据，以及各个局部间隙区域的位置，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数；（5）根据每个局部间隙区域的最优垫片参数选择相应的垫片，并将该垫片垫加至第一表面与第二表面之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王青，窦亚冬，柯映林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33