一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法，包括以下步骤：S1：首先对四个基准孔的理论位置和实际位置进行对比得到四个基准孔的向量误差，结合向量误差和法向拟合双线性混合Coons误差曲面，构造误差曲面函数

【技术实现步骤摘要】
一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法
本专利技术属于机器人自动钻铆误差修正领域，具体涉及一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法，用于修正工艺数模上加工孔点位和实际加工孔点位的误差。
技术介绍
采用机器人自动钻铆系统进行飞机装配可有效地提高飞机的装配质量与装配效率，目前已经广泛应用到航空制造领域。离线编程系统是机器人自动钻铆系统实现自动化作业的先决条件。离线编程系统从工艺数模提取特征信息并规划加工任务，最后经过仿真优化后输出一套可直接用于加工的NC数控程序。工艺数模是一个较为理想的环境不受环境和人工等因素影响，但由于产品制造几何误差，温度变化、重力引起的变形误差、装配误差等，从工艺数模获取的加工孔理论坐标和实际加工孔坐标有偏差，导致加工时难以实现精确定位。航空产品对制孔位置精度要求极高，因此对理论坐标进行孔位修正，使最后加工出来的孔位置精度符合要求。在孔位修正技术的研究中，严秋白等(基于爬行机器人的精准制孔技术研究)针对双基准孔，通过求取理论孔和实际孔的旋转矩阵，理论坐标乘以旋转矩阵来进行修正，但其方法只面向双基准孔的单曲度壁板；严秋白等(基于爬行机器人的精准制孔技术研究)还对双曲度曲面进行了研究，通过基准孔理论坐标和实际坐标信息，利用一定的三维坐标转换法，计算对应的空间坐标转换矩阵；此方法应用于飞机口盖等待加工孔呈曲线分布位置，能够保证孔边距；WeidongZhu等(Anoff-lineprogrammingsystemforroboticdrillinginaerospacemanufacturing)通过基于制孔区域的基准孔误差向量构建双线性误差平面，实现对制孔区域待加工孔理论坐标线性插值补偿；毕运波等(环形轨自动化制孔系统孔位修正方法)通过拟合误差曲面的方式进行孔位修正，在构造曲面时，默认两条曲线扫略两条直线，这种方法对于同一型号飞机的特定机身段对接部位有显著效果。然而飞机壁板的形状多样，且孔位误差与壁板的曲率有关，所以以上方法皆存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种面向曲面产品通用的孔位修正方法，该方法拟合双线性混合Coons误差曲面，利用遗传优化算法，能够算出加工孔理论坐标应补偿误差值，来修正加工孔理论坐标和实际坐标偏差。其修正效果好、适用范围广泛，能够满足制孔位置精度要求。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法，包括以下步骤：S1：在制孔区域内设定若干个待加工孔，在制孔区域四角设四个基准孔，基准孔的理论位置、法向和实际位置已知，首先对四个基准孔的理论位置和实际位置进行对比得到四个基准孔的向量误差，结合向量误差和法向拟合双线性混合Coons误差曲面，构造误差曲面函数△P(u,v)，拟合时四个基准孔信息无法确定切矢模长，设置为未知数；S2：在制孔区内引入第五个基准孔，算出其在u、v方向的坐标uj、vj，代入△P(u,v)得到该基准孔应补偿的误差△Pj；S3：结合该基准孔实际向量误差建立多目标优化遗传模型，在一定范围内算出四个基准孔的切矢模长最优值，以该最优值为四个基准孔的切矢模长，使误差曲面函数△P(u,v)确定下来；S4：利用待加工孔理论坐标算出对应u*、v*，进而可算出待加工孔的孔位误差，最后误差补偿到理论坐标上，得到新的理论坐标，即完成孔位修正过程。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的步骤S1中拟合双线性混合Coons误差曲面，构造误差曲面函数△P(u,v)的方法为：曲面的四条参数边界ΔP(u,0)、ΔP(u,1)、ΔP(0,v)、ΔP(1,v)选取弗格森参数三次曲线，制孔区域四角的四个基准孔分别以A、B、C、D表示，第五基准孔以E表示，ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5依次表示各基准孔偏差坐标(xi,yi,zi)(i＝1,2,3,4,5)，由离线编程输出可得基准孔A、B、C、D的法矢依次为：n1、n2、n3、n4，设向量和n1构造的平面α，np为平面α的法向量，则A点的单位切矢为：同理，可以分别得到B、C、D三点的切矢分别为τ2、τ3、τ4；在构造曲线时切矢的模长影响曲线段的丰满程度，A、B、C、D的四个切矢模长设置成x1、x2、x3、x4；给定曲线的首末端点ΔP1、ΔP2及切矢τ1、τ2，可以拟合曲线：ΔP(0,v)＝WMP0(2)式中：W＝[v3,v2,v,-1]，(4)P0＝[ΔP1,ΔP2,x1τ1,x2τ2]T(5)同理，拟合P3、P4之间的曲线有：ΔP(1,v)＝WMP′0，(6)式中：P′0＝[ΔP4,ΔP3,x4τ4,x3τ3]T(7)拟合P1、P4之间的曲线有：ΔP(u,0)＝W′MP1，(8)式中：W′＝[u3,u2,u,-1]，(9)P1＝[ΔP1,ΔP4,x1τ1,x4τ4]T(10)拟合P2、P3之间的曲线有：ΔP(u,1)＝W′MP1′，(11)式中：P1′＝[ΔP2,ΔP3,x2τ2,x3τ3]T(12)已知曲面ΔP(u,v)的四条参数边界ΔP(u,0)、ΔP(u,1)、ΔP(0,v)、ΔP(1,v)，先在一对v边界之间由线性插值构造u向直纹面：ΔQ(u,v)＝(1-u)ΔP(0,v)+uΔP(1,v),0≤u,v≤1(13)类似的，在一对u边界之间由线性插值构造v向直纹面：ΔR(u,v)＝(1-v)ΔP(u,0)+vΔP(u,1),0≤u,v≤1(14)把两者迭加起来得到：ΔQ(u,v)+ΔR(u,v)＝(1-u)ΔP(0,v)+uΔP(1,v)+(1-v)ΔP(u,0)+vΔP(u,1)(15)迭加导致多出了连接边界两端点的直边，为了得到要求的插值曲面，两直纹面迭加必须减去由曲面片四角点决定的一张双线性插值张量积曲面：得到所要求得双线性混合Coons曲面片：ΔP(u,v)＝ΔQ(u,v)+ΔR(u,v)-ΔS(u,v)(17)S9：改写成矩阵形式为：上述的步骤S3中结合该基准孔实际向量误差建立多目标优化遗传模型算出四个基准孔的切矢模长最优值的具体方法为：中带有未知数x1、x2、x3、x4，仅靠A、B、C、D四个基准孔信息无法拟合出接近实际的曲面，将基准孔E的坐标uj、vj代入△P(u,v)可得基准孔误差向量ΔPj(x1,x2,x3,x4)，在遗传优化模型中切矢模长优化问题的数学描述为：将uj、vj代入可得基准孔误差向量ΔPj(x1,x2,x3,x4)；在遗传优化模型中切矢模长优化问题的数学描述为：式中：ΔPj(x1,x2,x3,x4)为基准孔E通过初级误差曲面算出来应补偿的误差向量，ΔP5为该基准孔实际误差向量，将ΔPj(x1,x2,x3,x4)代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：在制孔区域内设定若干个待加工孔，在制孔区域四角设四个基准孔，基准孔的理论位置、法向和实际位置已知，首先对四个基准孔的理论位置和实际位置进行对比得到四个基准孔的向量误差，结合向量误差和法向拟合双线性混合Coons误差曲面，构造误差曲面函数△P(u,v)，拟合时四个基准孔信息无法确定切矢模长，设置为未知数；/nS2：在制孔区内引入第五个基准孔，算出其在u、v方向的坐标u

【技术特征摘要】
1.一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在制孔区域内设定若干个待加工孔，在制孔区域四角设四个基准孔，基准孔的理论位置、法向和实际位置已知，首先对四个基准孔的理论位置和实际位置进行对比得到四个基准孔的向量误差，结合向量误差和法向拟合双线性混合Coons误差曲面，构造误差曲面函数△P(u,v)，拟合时四个基准孔信息无法确定切矢模长，设置为未知数；
S2：在制孔区内引入第五个基准孔，算出其在u、v方向的坐标uj、vj，代入△P(u,v)得到该基准孔应补偿的误差△Pj；
S3：结合该基准孔实际向量误差建立多目标优化遗传模型，在一定范围内算出四个基准孔的切矢模长最优值，以该最优值为四个基准孔的切矢模长，使误差曲面函数△P(u,v)确定下来；
S4：利用待加工孔理论坐标算出对应u*、v*，进而可算出待加工孔的孔位误差，最后误差补偿到理论坐标上，得到新的理论坐标，即完成孔位修正过程。


2.根据权利要求1所述的一种应用于曲面产品自动钻铆的孔位修正方法，其特征在于，步骤S1中拟合双线性混合Coons误差曲面，构造误差曲面函数△P(u,v)的方法为：
曲面的四条参数边界ΔP(u,0)、ΔP(u,1)、ΔP(0,v)、ΔP(1,v)选取弗格森参数三次曲线，制孔区域四角的四个基准孔分别以A、B、C、D表示，第五基准孔以E表示，ΔP1、ΔP2、ΔP3、ΔP4、ΔP5依次表示各基准孔偏差坐标(xi,yi,zi)(i＝1,2,3,4,5)，由离线编程输出可得基准孔A、B、C、D的法矢依次为：n1、n2、n3、n4，设向量和n1构造的平面α，np为平面α的法向量，则A点的单位切矢为：



同理，可以分别得到B、C、D三点的切矢分别为τ2、τ3、τ4；
在构造曲线时切矢的模长影响曲线段的丰满程度，A、B、C、D的四个切矢模长设置成x1、x2、x3、x4；
给定曲线的首末端点ΔP1、ΔP2及切矢τ1、τ2，可以拟合曲线：
ΔP(0,v)＝WMP0(2)
式中：



W＝[v3,v2,v,-1]，(4)
P0＝[ΔP1,ΔP2,x1τ1,x2τ2]T(5)
同理，拟合P3、P4之间的曲线有：
ΔP(1,v)＝WMP′0，(6)
式中：
P′0＝[ΔP4,ΔP3,x4τ4,x3τ3]T(7)
拟合P1、P4之间的曲线有：
ΔP(u,0)＝W′MP1，(8)
式中：
W′＝[u3,u2,u,-1]，(9)
P1＝[ΔP1,ΔP4,x1τ1,x4τ4]T(10)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田威，孙新月，胡俊山，刘少睿，晏阳，喻强，刘霖，
申请(专利权)人：南京浦航机械科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32