多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法，制孔系统包括多轴数控运动机构、制孔装置、多轴数控运动控制系统，以及线激光扫描传感器、扫描运动机构、扫描运动机构控制系统、图像处理工作站。该系统结构简单，集成化程度高，仅通过一套线激光扫描传感器即可满足飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测需求，避免了作业头上装配多种传感器致使作业头笨重体积过大的问题，也避免了多种测量仪器之间的转站任务，提高了检测精度及自动化程度。

【技术实现步骤摘要】
多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法
本专利技术涉及航空数据化制造领域，尤其涉及一种多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法。
技术介绍
新一代军用飞机数字化装配与制孔过程中的核心任务包括：蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测等。航空大部件数字化装配与制孔过程中的核心任务，现有方案大多通过激光跟踪仪测量空间点位，通过激光雷达扫描装配贴合面型，通过接触式测量仪表获得制孔质量。独立仪器之间通过公共特征进行坐标系转换(即转站)，实现诸多被测数据的相互关联。这种方式需要过大量人工介入过程，不利于提升工作效率，同时设备昂贵，增加自动化系统的构建成本，易产生系统性误差乃至整体装配错误。为了避免这些问题，已有技术对上述技术方案做出改进，例如由制孔机床作业末端携带激光跟踪仪的配套扫描附件(如Leica公司AT960激光跟踪仪的T-scan附件)实现面型的高精度自动化扫描；在制孔作业头末端增加单目、双目或深度相机附件拍摄预连接孔特征，自动识别其位置；为制孔作业头增加自动化的接触式测量头附件。这些附件替代了原来的激光跟踪仪、激光雷达以及手持式测量仪的独立设备，通过末端作业头末端附件多个工位的切换实现一体化的制孔-测量系统。但是制孔作业头的结构愈发复杂，运动机构和设备种类繁多，导致制孔作业头重量和体积大幅增加，制孔机床或机器人的负载增加，不利于制孔覆盖率的提升。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法，其结构简单，能够自动完成飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测。为了实现上述目的，在第一方面，本专利技术提供了一种多功能集成化航空装配制孔系统，其包括多轴数控运动机构、制孔装置及多轴数控运动控制系统，多轴数控运动机构与制孔装置连接用以带动制孔装置进行多轴运动，多轴数控运动控制系统与多轴数控运动机构和制孔装置通信连接；多功能集成化航空装配制孔系统还包括线激光扫描传感器、扫描运动机构、扫描运动机构控制系统、图像处理工作站；其中，扫描运动机构与线激光扫描传感器连接，扫描运动机构能够带动线激光扫描传感器至少沿上下方向运动，扫描运动机构与制孔装置固定连接以能够随制孔装置运动；扫描运动机构控制系统与线激光扫描传感器、扫描运动机构和多轴数控运动控制系统通信连接；图像处理工作站与线激光扫描传感器以及多轴数控运动控制系统通信连接。在一实施例中，扫描运动机构包括：第一运动机构、第二运动机构及连接件，其中，第一运动机构带动线激光扫描传感器沿前后方向运动；第二运动机构带动线激光扫描传感器沿上下方向运动；连接件连接第一运动机构和第二运动机构。在一实施例中，第一运动机构包括：接近运动减速机、接近运动滑盖、接近运动滑块及接近运动轨道，其中：接近运动减速机与接近运动滑块连接，以驱动接近运动滑块沿前后方向运动；接近运动滑块与接近运动轨道滑动连接，且接近运动滑块与接近运动滑盖连接，以使接近运动滑块带动接近运动滑盖沿接近运动轨道进行前后方向的运动；接近运动滑盖与连接件连接，以带动连接件和第二运动机构沿前后方向运动。在一实施例中，第二运动机构包括：扫描运动减速机、扫描运动滑块、扫描运动轨道、扫描运动光栅，其中：扫描运动减速机与扫描运动滑块连接，以驱动扫描运动滑块沿上下方向运动；扫描运动滑块与扫描运动轨道滑动连接，且扫描运动滑块与线激光扫描传感器连接，以使扫描运动滑块带动线激光扫描传感器沿扫描运动轨道进行上下方向的运动；扫描运动减速机及扫描运动轨道均还与连接件连接，以随着连接件沿前后方向运动，扫描运动光栅固定在扫描运动滑块上，用于在扫描运动中提供高精度位置编码信号。在第二方面，本专利技术提供了一种多功能集成化航空装配制孔系统的使用方法，采用上述多功能集成化航空装配制孔系统进行飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测，其中，进行飞机的蒙皮骨架贴合面检测包括步骤：S11，多轴数控运动机构控制系统完成蒙皮内型面相对于多轴数控运动机构的空间定位；S12，多轴数控运动机构控制系统根据蒙皮内型面的理论数模信息生成多轴数控运动机构的运动程序；S13，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器，以使线激光扫描传感器的激光线抵达蒙皮内型面的扫描起点位置；S14，打开线激光扫描传感器，线激光扫描传感器朝向蒙皮内型面发射线激光，启动时间间隔触发扫描模式，并以Δt时间间隔采样；S15，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器的线激光沿着飞机蒙皮内型面的切线方向进行扫描，获取蒙皮内型面的点云数据，直至全部面型扫描完毕；S16，线激光扫描传感器将点云数据传输到图像处理工作站，图像处理工作站依据点云数据，根据处理算法得到蒙皮内型面的面型；S17，对骨架外型面采用步骤S11至S16相同的方式扫描检测，得到骨架外型面的面型；以及S18，依据得到的蒙皮内型面的面型骨架外型面的面型来确定加垫位置和加垫厚度，人工完成加垫作业；预制孔孔位获取包括步骤：S21，多轴数控运动机构控制系统完成飞机蒙皮和骨架装配体相对于多轴数控运动机构的空间定位；S22，根据飞机蒙皮和骨架的理论数模信息，多轴数控运动机构控制系统提取预制孔孔位，并生成多轴数控运动机构的运动程序；S23，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器的激光线初步抵达预制孔位置，并保持多轴数控运动机构静止不动；S24，扫描运动控制系统生成扫描运动机构的运动程序，扫描运动机构带动线激光扫描传感器抵达预制孔的扫描起点位置；S25，打开线激光扫描传感器，线激光扫描传感器朝向预制孔孔位发射线激光，启动位置触发扫描模式；S26，扫描运动机构带动线激光扫描传感器的线激光沿着与线激垂直的上下方向对预制孔进行扫描，扫描运动机构的位置编码信息通过扫描运动控制系统传输到线激光扫描传感器，由扫描进程逐步触发，获取预制孔附近的点云数据及平面图像信息；S27，扫描完毕后，线激光扫描传感器将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站，图像处理工作站依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得预制孔的实测位置；S28，扫描运动机带动线激光扫描传感器离开该预制孔表面，并抵达下一预制孔位置，按步骤S21至S28获取下一预制孔孔位，直至全部预制孔孔位扫描完毕；S29，多轴数控运动控制系统计算全部预制孔实测位置与理论位置的偏差，引导制孔装置制孔。制孔质量检测包括以下步骤：S31，制孔完毕后，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器的激光线初步抵达已制孔位置，并保持多轴数控运动机构静止不动；S32，扫描运动控制系统生成扫描运动机构的运动程序，扫描运动机构带动线激光扫描传感器抵达已制孔的扫描起点位置；S33，打开线激光扫描传感器，启动位置触发扫描模式；S34，扫描运动机构带动线激光扫描传感器沿着与线激光垂直的方向对已制孔进行扫描，扫描运动机构的位置编码信息通过扫描运动控制系统传输到线激光扫描传感器，由扫描进程逐步触发，获取已制孔附近的点云数据及平面图像信息；S35，扫描完毕后，线激光扫描传感器将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站，图像处理工作站依据点云数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能集成化航空装配制孔系统，多功能集成化航空装配制孔系统包括多轴数控运动机构(1)、制孔装置(2)及多轴数控运动控制系统(3)，多轴数控运动机构(1)与制孔装置(2)连接用以带动制孔装置(2)进行多轴运动，多轴数控运动控制系统(3)与多轴数控运动机构(1)和制孔装置(2)通信连接；/n其特征在于，/n多功能集成化航空装配制孔系统还包括线激光扫描传感器(4)、扫描运动机构(5)、扫描运动机构控制系统(6)、图像处理工作站(7)；其中，/n扫描运动机构(5)与线激光扫描传感器(4)连接，扫描运动机构(5)能够带动线激光扫描传感器(4)至少沿上下方向运动，扫描运动机构(5)与制孔装置(2)固定连接以能够随制孔装置(2)运动；/n扫描运动机构控制系统(6)与线激光扫描传感器(4)、扫描运动机构(5)和多轴数控运动控制系统(3)通信连接；/n图像处理工作站(7)与线激光扫描传感器(4)以及多轴数控运动控制系统(3)通信连接；/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能集成化航空装配制孔系统，多功能集成化航空装配制孔系统包括多轴数控运动机构(1)、制孔装置(2)及多轴数控运动控制系统(3)，多轴数控运动机构(1)与制孔装置(2)连接用以带动制孔装置(2)进行多轴运动，多轴数控运动控制系统(3)与多轴数控运动机构(1)和制孔装置(2)通信连接；
其特征在于，
多功能集成化航空装配制孔系统还包括线激光扫描传感器(4)、扫描运动机构(5)、扫描运动机构控制系统(6)、图像处理工作站(7)；其中，
扫描运动机构(5)与线激光扫描传感器(4)连接，扫描运动机构(5)能够带动线激光扫描传感器(4)至少沿上下方向运动，扫描运动机构(5)与制孔装置(2)固定连接以能够随制孔装置(2)运动；
扫描运动机构控制系统(6)与线激光扫描传感器(4)、扫描运动机构(5)和多轴数控运动控制系统(3)通信连接；
图像处理工作站(7)与线激光扫描传感器(4)以及多轴数控运动控制系统(3)通信连接；


2.根据权利要求1所述的多功能集成化航空装配制孔系统，其特征在于，扫描运动机构(5)包括：第一运动机构(51)、第二运动机构(52)及连接件(53)，其中：
第一运动机构(51)带动线激光扫描传感器(4)沿前后方向运动；
第二运动机构(52)带动线激光扫描传感器(4)沿上下方向运动；
连接件(53)连接第一运动机构(51)和第二运动机构(52)。


3.根据权利要求2所述的多功能集成化航空装配制孔系统，其特征在于，第一运动机构(51)包括：接近运动减速机(511)、接近运动滑盖(512)、接近运动滑块(513)及接近运动轨道(514)，其中：
接近运动减速机(511)与接近运动滑块(513)连接，以驱动接近运动滑块(513)沿前后方向运动；
接近运动滑块(513)与接近运动轨道(514)滑动连接，且接近运动滑块(513)与接近运动滑盖(512)连接，以使接近运动滑块(513)带动接近运动滑盖(512)沿接近运动轨道(514)进行前后方向的运动；
接近运动滑盖(512)与连接件(53)连接，以带动连接件(53)和第二运动机构(52)沿前后方向运动。


4.根据权利要求3所述的多功能集成化航空装配制孔系统，其特征在于，第二运动机构(52)包括：扫描运动减速机(521)、扫描运动滑块(522)、扫描运动轨道(523)、扫描运动光栅(524)，其中：
扫描运动减速机(521)与扫描运动滑块(522)连接，以驱动扫描运动滑块(522)沿上下方向运动；
扫描运动滑块(522)与扫描运动轨道(523)滑动连接，且扫描运动滑块(522)与线激光扫描传感器(4)连接，以使扫描运动滑块(522)带动线激光扫描传感器(4)沿扫描运动轨道(523)进行上下方向的运动；
扫描运动减速机(521)及扫描运动轨道(523)均还与连接件(53)连接，以随着连接件(53)沿前后方向运动
扫描运动光栅(524)固定在扫描运动滑块(522)上，用于在扫描运动中提供高精度位置编码信号。


5.一种多功能集成化航空装配制孔系统的使用方法，其特征在于，采用权利要求1所述的多功能集成化航空装配制孔系统来进行飞机的蒙皮(8)骨架(9)贴合面检测、预制孔(P)孔位获取过程以及制孔质量检测过程，
其中，
进行飞机的蒙皮(8)骨架(9)贴合面检测包括步骤：
S11：多轴数控运动机构控制系统(3)完成蒙皮内型面(81)相对于多轴数控运动机构(1)的空间定位；
S12：多轴数控运动机构控制系统(3)根据蒙皮内型面(81)的理论数模信息生成多轴数控运动机构(1)的运动程序；
S13：多轴数控运动机构(1)带动线激光扫描传感器(4)，以使线激光扫描传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继文，陈恳，吴丹，徐静，王国磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11