[發(fā)明專利]飛機大部件數字化裝配過程中自動求解裝配位姿的方法

有效

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• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN104143032B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉繼紅;余杰;龐英仲;王鐵華
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及飛機大部件數字化裝配過程中自動求解裝配位姿的方法，屬于先進制造技術領域現代制造技術的研究內容。

背景技術

飛機大部件數字化裝配是飛機的數字化柔性裝配技術中的重要組成部分，應用了飛機數字化柔性裝配技術中的測量技術、協(xié)同運動規(guī)劃及控制技術、裝配信息集成管理技術、運動仿真技術等關鍵技術。它采用數字化手段協(xié)調大部件裝配中的復雜關系，實現了滿足嚴格氣動要求的飛機大部件數字裝配。其中，如何使大部件產品從空間中任意位置和姿態(tài)準確地調整至正確的裝配姿態(tài)，是實現飛機大部件數字化裝配的關鍵，因此對大部件裝配姿態(tài)的求解并獲得其調整矩陣，驅動自動化設備完成自動裝配，一直是大部件數字化裝配的研究重點。

由于制造存在誤差，人們一直致力于研究如何利用產品數據模型及測量反饋數據，準確地獲得裝配位姿的方法。現在已經逐步發(fā)展出：1）僅能滿足精確制造產品的三點位姿計算法，2）能吸收部分誤差的奇異矩陣分解法(SVD)，3）達到誤差平方和最小的最小二乘法，4）解決各點允許誤差不一致的加權最小二乘法。然而，這些算法都沒有能完全解決位姿求解問題。在具有高精度要求的裝配中，尤其是多個高精度裝配特征結合的裝配中，難以求解正確裝配位置。

發(fā)明內容

本文針對傳統(tǒng)的位姿求解方案難以獲得大部件準確的裝配位置的問題，采用基于關鍵特性的位姿求解技術準確獲得了大部件裝配姿態(tài)。

為了解決飛機大部件數字化裝配過程中大部件裝配位姿確定的問題，提供調整矩陣實現自動化裝配，本文提出了一種基于關鍵特性的大部件裝配姿態(tài)求解方法。該方法由關鍵特性自由度分析，獨立自由度匹配，協(xié)調尺寸統(tǒng)一評價，協(xié)調尺寸優(yōu)化等四部分內容組成。在該方法支持下，能夠實現在大部件數字化裝配過程中，大部件空間位姿的準確定位，并輸出調整矩陣。

該方法首先通過對飛機工藝及裝配工藝分離面零件的分析，獲得大部件裝配的關鍵特性，并分析裝配特性所約束的自由度。通過田口質量損失函數構造了歸一化的裝配質量評價函數，并將該函數應用于遺傳函數適應度評價函數設計中，采用SVD法初步計算大部件裝配姿態(tài)所需的調整角度及沿坐標軸方向調整值，將其作為依據初始化遺傳算法初始種群，采用輪盤賭方法設計的實數型遺傳函數求解具有協(xié)調尺寸的自由度，最終輸出裝配姿態(tài)及調整矩陣。

本發(fā)明為飛機大部件數字化裝配過程中自動求解裝配位姿提供了一種精確的位姿確定方法，為實現飛機大部件數字化裝配提供了一種有效的技術手段。

附圖說明

圖1直線調整示意圖

圖2總體質量損失

具體實施方式

一、飛機大部件裝配關鍵特性選取及自由度分析

大部件裝配關鍵特性是指在裝配過程中對裝配質量影響最大的幾何結構、尺寸特性，包括了飛機設計基準，大部件的形位特性，關鍵尺寸特性等。飛機設計基準是飛機設計中的主要基準，在裝配中通過該基準確定零件在產品中所處的位置。設計基準往往包括了一些重要的平面，如飛機對稱面等。大部件的形位特性包括了大部件內部的重要軸線及平面，如平尾的翼弦平面，大部件通過其確定機翼的下反角，是安裝平尾時需要關注的關鍵特性。關鍵尺寸特性是指在大部件裝配中，具有較高裝配要求的工藝分離面的尺寸要求及形位要求的特性。

關鍵特性選取的根本目的是通過對關鍵特性的測量對大部件產品的空間位置完全定位。由于單一的關鍵特性不能完全限定大部件裝配完成后的自由度（如軸線特征，在軸向方向上的移動及繞軸線旋轉的自由度仍然需要其他關鍵特性點進行約束），大部件裝配姿態(tài)求解需要獲得滿足大部件完全定位的關鍵特性集合。所以對大部件關鍵特性自由度的分析目的是：一、分析每個關鍵特性對大部件自由度的影響情況；二、分析通過關鍵特性的選擇是否對大部件完全約束。其具體實施步驟如下：

步驟1：各關鍵特性限定自由度分析及標注

大部件關鍵特性可分為點、線、面特性。選擇關鍵特性的先后順序，各個關鍵特性對大部件自由度（DOF）的影響不一致，構建起的剛體坐標系也存在著差異。三維關鍵特性（點，線，面）對大部件三維約束關系如下：

其中TDOC代表平移自由度，RDOC代表旋轉自由度，通過分析可知經過關鍵特性計算后，可獲得大部件已確定自由度以及仍然需要確定自由度。

步驟2：關鍵特性完全限定大部件自由度判斷

通過對關鍵特性自由度度的分析可獲得每個關鍵特性對大部件空間自由度的影響。通過對選擇后的關鍵特性進行求交的方法，讓最終限定的自由度為6或表示為空間自由度完全限定時，大部件在空間中的姿態(tài)及位置便能夠得到唯一確定：