一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法及系统，包括以下步骤：步骤一：建立基于真实误差状态与力学分析的工装定位精度预补偿的机理模型；步骤二：建立基于实时测量的工装定位精度实时分析与动态补偿的数据模型；步骤三：将步骤一中的机理模型与步骤二中的数据模型相结合，建立装配单元最终定位误差的半机理模型，实现融合实际工况的精确精度定位及双阶段综合补偿。本发明专利技术基于真实误差状态与力学分析的工装定位精度预补偿、基于实时测量的工装定位精度实时分析与动态补偿，并结合机理模型与数据模型的优点，实现数字化三坐标装配单元定位精度的快速精准补偿，并能够针对真实工况实现定位精度的自适应调整。够针对真实工况实现定位精度的自适应调整。够针对真实工况实现定位精度的自适应调整。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法及系统


[0001]本专利技术涉及航空制造中的飞机装配工艺装备
，尤其涉及一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法及系统。

技术介绍

[0002]在产品装配的过程中，工装具有精确定位的能力是保证产品装配准确度的重要决定因素。数字化装配定位单元可以通过多个运动方向上的数字控制调整，实现定位执行末端定位误差在空间内的准确保障。定位单元精度的形成，与两部分因素密切相关：
①
定位单元组成零件自身几何结构误差状态的累积；
②
装配定位过程中的时变状态参数对定位单元的影响。在数字化装配工装系统安装调试阶段，其定位精度的预补偿主要涉及到工装几何误差累积的机理模型构建，实现基于真实误差状态与力学响应分析的定位单元定位精度预补偿。然而，由于飞机部件结构复杂且形式多样、关键定位及协调特征多且空间位置分布不同、配合协调关系复杂，使得数字化装配工装系统的结构相对复杂。随着产品装配质量要求的跨代提升，数字化装配工装在实物装配定位的定位过程中，由于温度、载荷、工装定位点的不同空间位置、定位器移动距离、所定位的产品对象等时变状态参数引起的数字化装配工装系统精度变化已经不能忽略，而且由于工装自身的制造、安装偏差，必然导致工装在不同定位姿态下产生不同的几何偏差，此时传统的处理工装误差方法，已经无法解决装配现场多误差源耦合作用下的自动化可调工装精度分析、建模与补偿控制等问题。
[0003]因此，有必要研究一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法及系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法及系统，将定位单元定位精度的保障分为两个补偿阶段，即：基于真实误差状态与力学分析的工装定位精度预补偿、基于实时测量的工装定位精度实时分析与动态补偿，并结合机理模型与数据模型的优点，给出其定位精度综合保障方案，实现数字化三坐标装配单元定位精度的快速精准补偿，并能够针对真实工况实现定位精度的自适应调整。
[0005]一方面，本专利技术提供一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法，所述双阶段补偿方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：建立基于真实误差状态与力学分析的工装定位精度预补偿的机理模型；
[0007]步骤二：建立基于实时测量的工装定位精度实时分析与动态补偿的数据模型；
[0008]步骤三：将步骤一中的机理模型与步骤二中的数据模型相结合，构建误差产生器，建立装配单元最终定位误差的半机理模型，实现融合实际工况的定位精度精确及综合补偿。
[0009]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤一中真实误差状态的具体表达方式为：
[0010]根据工装组成零组件与运动模块的结构特点，通过测量点云配准拟合的方式，对工装的各组成零组件与传动系统的形位公差进行测量修正，反映定位单元内部的真实误差状态。
[0011]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤一中考虑到装配定位过程中工装所承受的极限载荷因素，运用有限元仿真计算的手段，将工装的物理变形误差作为一项装配偏差源，以此建立定位单元的单轴定位误差模型。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤一中通过三个坐标轴方向上定位误差的空间累加，构建柔性工装定位单元定位执行末端的空间定位误差模型，实现基于真实误差状态与力学分析的柔性工装定位精度预补偿。
[0013]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述步骤二中的实物装配阶段，使用多种测量设备建立定位测量场，感知及测量柔性工装运行过程中装配力与承重载荷变化、定位器更换与装配环境等时变状态参数，作为后序数据模型的输入及测试验证输出。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述步骤二中，以第i个定位执行末端的输入变量p
i
(i＝1,2,...,n)为节点，构建装配定位运动的单隐含层前馈神经网络(Single
‑
hidden Layer Feedforward Neural
‑
network，SLFN)模型。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述步骤二中，基于极限学习机(Extreme Learning Machine，ELM)算法建立工装定位运动模型的数据辨识模型，并使用步骤二中所感知采集的测试样本验证模型构建准确度。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤三具体包括：
[0017]S31：结合实际装配定位过程，通过查阅产品数模，获得产品在定位末端关键特征点的理论空间位置，在定位末端的原点位置处，测量产品初始状态下的真实空间位置，将理论空间位置和真实空间位置在各个运动轴方向上的差值作为当前运动方向上的初始运动输入量；
[0018]S32：将初始运动输入量代入步骤一中工装定位单元定位误差计算的机理模型中，得到基于机理模型的定位执行末端处的空间输出位置及其沿各运动轴方向上的误差；
[0019]S33：借助步骤二中用数据模型训练获得的误差输出数值，构建误差补偿器，将经单隐含层前馈神经网络模型预测的定位精度数据补偿至初始运动量输入中，对初始运动输入量进行修正，并输入至定位单元控制系统中驱动定位单元运动调型，经测量获得定位执行末端最终空间位置，实现装配定位单元定位精度的双阶段补偿。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤三中将理论空间位置与最终空间位置作对比分析，可得到最终的数字化装配单元定位精度。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿系统，用于所述的双阶段补偿方法，所述双阶段补偿系统包括：
[0022]机理模型建立模块，用于建立基于真实误差状态与力学分析的工装定位精度预补偿的机理模型；
[0023]数据模型建立模块，用于建立基于实时测量的工装定位精度实时分析与动态补偿的数据模型；
[0024]半机理模型融合补偿模块，用于将机理模型与数据模型相结合，构建误差产生器，建立装配单元最终定位误差的半机理模型，实现融合实际工况的定位精度精确及综合补偿。
[0025]与现有技术相比，本专利技术可以获得包括以下技术效果：
[0026]1)数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法，可实现数字化三坐标装配单元定位精度的快速精准预测，并能够针对真实工况实现定位精度的自适应调整补偿；
[0027]2)基于几何或有限元分析的工装定位精度预补偿思路，通过构建定位精度形成的机理模型，可实现定位单元在安装调试阶段的定位精度保障，并指导定位单元各运动轴的准确安装；
[0028]3)基于实时测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化装配单元定位精度双阶段补偿方法，其特征在于，所述双阶段补偿方法包括以下步骤：步骤一：建立基于真实误差状态与力学分析的工装定位精度预补偿的机理模型；步骤二：建立基于实时测量的工装定位精度实时分析与动态补偿的数据模型；步骤三：将步骤一中的机理模型与步骤二中的数据模型相结合，建立装配单元最终定位误差的半机理模型，实现融合实际工况的精确精度定位及双阶段综合补偿。2.根据权利要求1所述的双阶段补偿方法，其特征在于，所述步骤一中真实误差状态的具体表达方式为：根据工装组成零组件与运动模块的结构特点，通过测量点云配准拟合的方式，对工装的各组成零组件与传动系统的形位公差进行测量修正，反映定位单元内部的真实误差状态。3.根据权利要求2所述的双阶段补偿方法，其特征在于，所述步骤一中考虑到装配定位过程中工装所承受的极限载荷因素，运用有限元仿真计算的手段，将工装的物理变形误差作为一项装配偏差源，以此建立定位单元的单轴定位误差模型。4.根据权利要求3所述的双阶段补偿方法，其特征在于，所述步骤一中通过三个坐标轴方向上定位误差的空间累加，构建柔性工装定位单元定位执行末端的空间定位误差模型，实现基于真实误差状态与力学分析的柔性工装定位精度预补偿。5.根据权利要求4所述的双阶段补偿方法，其特征在于，在所述步骤二中的实物装配阶段，使用多种测量设备建立定位测量场，感知及测量柔性工装运行过程中装配力与承重载荷变化、定位器更换与装配环境时变状态参数，作为后序数据模型的输入及测试验证输出。6.根据权利要求5所述的双阶段补偿方法，其特征在于，在所述步骤二中，以第i个定位执行末端的输入变量p
i
(i＝1,2,...,n)为节点，构建装配定位运动的单隐含层前馈神经网络模型。7.根据权利要求6所述的双阶段补偿方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭飞燕，向东，肖庆东，宋长杰，贾志新，刘江，王津，成金鑫，张学睿，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：