[發明專利]一種大尺度部件實測位姿擬合方法

有效

• 申請號: 201410231828.8
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN103983224A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 杜福州;陳哲涵;方偉;唐水龍;李苗;劉思仁
• 申請（專利權）人: 上海飛機制造有限公司
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王巍;龔敏

技術領域

本發明涉及部件位姿擬合方法，尤其涉及一種大尺度部件實測位姿擬合方法。

背景技術

在航空、航天、船舶等復雜產品制造領域，為完成產品裝配并保證質量，需要對飛機機身、衛星艙段、船體分段等大尺度部件進行位姿精確調整；通過測量大尺度部件結構上的特征點坐標并擬合得到部件實測位姿，是實現大尺度部件位姿調整的前提。傳統的大部件對接裝配過程中，通常在部件結構上設置幾個關鍵特征點，對這些特征點進行測量，通過比較它們之間的相對位置確定部件姿態的偏移形式和調整方向。以飛機機身與機翼對接裝配為例，在機身和機翼上分別設置有多個水平測量點，在對接之間，采用經緯儀測量各水平測量點的高度，基于它們之間的高度差計算機翼的上反角、安裝角等參數是否滿足要求，并確定機身與機翼當前位姿，進而通過手動調整工裝將機身與機翼調至水平，最終實現對接。顯然，上述過程不僅效率低下，而且準確度難以保證，通常需要多次重復調整，才能保證對接質量滿足產品要求。隨著數字化設計、制造和裝配技術的發展，復雜產品大部件裝配也朝著數字化的方向發展。

國外先進數字化裝配技術的一個主要特征就是，在裝配階段越來越多地采用數字化測量技術，以獲取特征點在三維空間的坐標，進而基于這些特征點坐標數據求解大尺度部件實測位姿?；跀底只瘻y量數據求解部件位姿，不僅具有高效率高精度的特點，而且便于與自動化裝配系統進行集成，是復雜產品裝配技術發展的趨勢。在國外，波音、空客等公司已廣泛采用基于數字化測量的自動裝配技術，以提高裝配質量，縮短裝配周期(于勇,陶劍,范玉青,航空制造技術,2009年14期)；國內航空航天制造企業也逐步引進類似技術，在產品研制過程中展開應用探索(雷源忠,機械工程學報,2009年第5期)。

針對基于目標點坐標數字化測量數據的部件位姿擬合方法，文獻“基于鞍點規劃理論的機翼水平位姿評估方法”(張斌,姚寶國,柯映林,浙江大學學報工學版,2009年第10期)綜合運用奇異值分解法和單純形法實現了位姿求解；文獻“飛機大部件對接中的位姿計算方法”(羅芳,鄒方,周萬勇,航空制造技術,2011年第3期)對比了奇異值分解法、三點法和最小二乘法，并提出了以三點法的計算結果為初值，采用最小二乘法迭代求解位姿的方法；文獻“基于去離群點策略提高目標位姿測量精度”(趙汝進,張啟衡,左顥睿等,光學學報,2009年第9期)提出了一種去離群點策略，以提高位姿求解結果的精度。

已有的大尺度部件位姿擬合方法通常將特征點在局部坐標系下的坐標測量值與其在全局坐標系下的坐標理論值進行比較以直接得到實測位姿，因此要求首先確定部件?的局部坐標系，然后進行目標點的坐標測量，并需要采用坐標系變換將其測量數據從全局坐標系下轉換到部件局部坐標系下，不僅增加了計算過程，帶來額外的數據轉換誤差，而且一旦部件局部坐標系發生變化，需要重新進行全部計算過程；另一方面，傳統位姿擬合方法等同對待各個目標點的坐標測量結果，而沒有考慮了在大尺度范圍內，各個目標點的坐標測量不確定度不完全相同，即各個目標點的測量數據可信性不同，對于不確定度大的目標點，其測量數據異常的概率較大，將給位姿擬合結果帶來無法預估的影響。針對傳統方法存在的問題，需要研究并實現了一種新的基于目標點坐標測量數據及測量不確定度的大尺度部件實測位姿擬合方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種大尺度部件實測位姿擬合方法。

本發明的具體技術方案是：一種大尺度部件實測位姿擬合方法，包括如下步驟：1)建立全局坐標系O_GX_GY_GZ_G，在待測的大尺度部件(1)上設置一個局部坐標系O_LX_LY_LZ_L；

2)在待測的大尺度部件(1)上設置N個位姿測量目標點(2)；

3)根據部件(1)的理論三維模型提取出在全局坐標系下部件(1)的理論位姿與目標點(2)的坐標理論值；

4)利用數字化測量系統對N個位姿測量目標點(2)進行測量，得到它們在全局坐標系下的坐標實測值及測量不確定度；

5)根據目標點(2)在全局坐標系下的坐標理論值與實測值及測量不確定度計算出部件(1)的理論位姿與實測位姿間的偏差；

6)根據部件(1)在全局坐標系下的理論位姿以及其與實測位姿間的偏差計算得到部件(1)的實測位姿，實現大尺度部件實測位姿的擬合。