[發(fā)明專利]一種基于干涉預(yù)分析的航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)健調(diào)姿安裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010597671.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN111891379B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧正平;郝飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號(hào): B64F5/10
• 分類號(hào): B64F5/10
• 代理公司: 南京源古知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32300
• 代理人: 鄭宜梅

1.一種基于干涉預(yù)分析的航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)健調(diào)姿安裝方法，其特征在于：

發(fā)動(dòng)機(jī)安裝測(cè)量裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)安裝調(diào)姿結(jié)構(gòu)以及相機(jī)；所述發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)安裝調(diào)姿結(jié)構(gòu)包括調(diào)姿定位器、導(dǎo)軌、支撐滑臺(tái)、調(diào)姿動(dòng)平臺(tái)、運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)；所述運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)上表面固定安裝調(diào)姿定位器；調(diào)姿定位器的上端安裝調(diào)姿動(dòng)平臺(tái)；所述調(diào)姿動(dòng)平臺(tái)表面設(shè)置導(dǎo)軌，安裝在調(diào)姿動(dòng)平臺(tái)上表面的支撐滑臺(tái)能夠沿導(dǎo)軌滑動(dòng)；所述相機(jī)包括前掃描相機(jī)、后掃描相機(jī)；所述前掃描相機(jī)與旋轉(zhuǎn)支臂相連，采集發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)形點(diǎn)云；旋轉(zhuǎn)支臂的另一端與可翻轉(zhuǎn)立柱的頂端相連；所述可翻轉(zhuǎn)立柱的底部以通過(guò)90度轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)安裝在運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)表面；所述后掃描相機(jī)包括分別位于運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)左右兩端的兩臺(tái)后掃描相機(jī)用于采集發(fā)動(dòng)機(jī)的外表面的點(diǎn)云；

發(fā)動(dòng)機(jī)安裝測(cè)量裝置的安裝方法包括以下步驟：

步驟一：模擬進(jìn)給掃描發(fā)動(dòng)機(jī)外形；發(fā)動(dòng)機(jī)及運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)就位至發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部之前，后掃描相機(jī)打開，發(fā)動(dòng)機(jī)模擬進(jìn)給，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)外形點(diǎn)云數(shù)據(jù)；具體方法過(guò)程包括步驟S11至S12：

S11發(fā)動(dòng)機(jī)從初始位置沿導(dǎo)軌勻速移動(dòng)，按預(yù)設(shè)的間隔時(shí)間觸發(fā)掃描，共測(cè)量得到發(fā)動(dòng)機(jī)M個(gè)截面的左右兩個(gè)后掃描相機(jī)點(diǎn)云并同時(shí)記錄每個(gè)掃描所對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)位置增量d_i；設(shè)提前標(biāo)定的左右兩個(gè)后掃描相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系與運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系分別為^PT_{bC_1}、^PT_{bC_2}，通過(guò)下式將掃描點(diǎn)云轉(zhuǎn)換至運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系下

S12測(cè)量后發(fā)動(dòng)機(jī)回退至初始位置，將所有M個(gè)截面點(diǎn)云沿導(dǎo)軌方向的坐標(biāo)減去d_i，合并即得到發(fā)動(dòng)機(jī)在初始位置處外形完整點(diǎn)云^Pp^engine：

步驟二：發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)壁掃描:發(fā)動(dòng)機(jī)就位至機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)艙后方以準(zhǔn)備安裝，前掃描相機(jī)可翻轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)，采集機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)壁點(diǎn)云；具體過(guò)程為：

通過(guò)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)支臂旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)前掃描相機(jī)移動(dòng)，直至前掃描相機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)360度掃描；依據(jù)運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系與前掃描相機(jī)可翻轉(zhuǎn)立柱末端坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系^PT_fV，前掃描相機(jī)可翻轉(zhuǎn)立柱末端坐標(biāo)系與零角度處前掃描相機(jī)的測(cè)量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系^fVT_{fC_0}，將零角度處相機(jī)坐標(biāo)系的測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系下除零角度外其他各角度ω處前掃描相機(jī)可翻轉(zhuǎn)立柱末端坐標(biāo)系與前掃描相機(jī)的測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系^fVT_{fC_ω}，則角度ω處測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到平臺(tái)坐標(biāo)系為最終發(fā)動(dòng)機(jī)艙掃描數(shù)據(jù)為

步驟三：前掃描相機(jī)可翻轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)至水平狀態(tài)；

步驟四：發(fā)動(dòng)機(jī)安裝干涉預(yù)分析方法；具體包括步驟S41至S46；

S41：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)艙配合間隙分布情況，將機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)艙所有點(diǎn)云劃分為N個(gè)分段，由于不同位置處的發(fā)動(dòng)機(jī)外形在推進(jìn)中到達(dá)的位置不同，因此對(duì)第i個(gè)分段，將其自身及后部i-1個(gè)分段點(diǎn)云全部沿插入方向的法平面投影，共得到N個(gè)二維平面帶狀點(diǎn)集

S42：基于Canny算子提取上述帶狀點(diǎn)云的外輪廓點(diǎn)集，得到

S43：將發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)云沿插入方向劃分為N個(gè)分段，沿插入方向的法平面投影，記為

S44：基于Canny算子提取上述帶狀點(diǎn)云的內(nèi)輪廓點(diǎn)集，得到

S45：計(jì)算第i段結(jié)構(gòu)點(diǎn)云的有向最小距離：具體過(guò)程為：

首先計(jì)算二者質(zhì)心O_i，然后對(duì)中任一點(diǎn)計(jì)算其在中的最近點(diǎn)及對(duì)應(yīng)有向距離d_i,j

(1)式中sgn為符號(hào)函數(shù)，d_i,j為正距離時(shí)表明存在間隙，d_i,j為負(fù)距離時(shí)表明出現(xiàn)干涉；根據(jù)計(jì)算得到的所有K個(gè)點(diǎn)與的有向距離d_i,j(j＝1,2,…,K)，排序得到的有向最小距離min(d_i,j)；若min(d_i,j)大于預(yù)設(shè)的間隙安全閾值，則表明發(fā)動(dòng)機(jī)第i段結(jié)構(gòu)在推進(jìn)中是安全的，否則存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)；

S46：重復(fù)S45，完成所有N段結(jié)構(gòu)推進(jìn)中安全性分析；若所有N段結(jié)構(gòu)點(diǎn)云的有向最小距離均大于間隙安全閾值，則表明該位姿下推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)是安全無(wú)干涉的；否則需要進(jìn)行步驟五；

步驟五：無(wú)干涉位姿優(yōu)化與調(diào)姿驅(qū)動(dòng)量計(jì)算方法：

S51：設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)云微調(diào)位姿ξ＝(t_x,t_y,t_z,ω_x,ω_y,ω_z)，則微調(diào)后點(diǎn)云在運(yùn)輸調(diào)姿平臺(tái)的坐標(biāo)變換為：

^Pp^engine(ξ)＝R^Pp^engine+T (2)

(2)式中，T＝[t_x t_y t_z]^T為平移變量，R為以小旋量表示的旋轉(zhuǎn)矩陣

將變換后點(diǎn)云沿插入方向劃分為N個(gè)分段，沿插入方向的法平面投影，記為

S52：基于Canny算子提取上述帶狀點(diǎn)云的內(nèi)輪廓點(diǎn)集，得到

S53：基于豪斯多夫距離模型計(jì)算各分段對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)間最大距離點(diǎn)集PA、PB豪斯多夫距離模型計(jì)算投影點(diǎn)間最大距離如下：

H(PA,PB)＝max(h(PA,PB),h(PB,PA)) (3)

(3)式中為單向豪斯多夫距離計(jì)算準(zhǔn)則；

S54：建立如下使各段點(diǎn)云間隙最小值最大化的位姿尋優(yōu)方程：

通過(guò)優(yōu)化方法進(jìn)行解算式(4)，若求解到目標(biāo)函數(shù)f(ξ)大于預(yù)設(shè)間隙安全閾值，則表明尋找到可安全推進(jìn)的位姿ξ，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，計(jì)算每個(gè)定位器的驅(qū)動(dòng)量；設(shè)定位器i末端球鉸坐標(biāo)為其運(yùn)動(dòng)矢量計(jì)算為

基于上述調(diào)姿量調(diào)姿后即可確保安全插入；

若求解到目標(biāo)函數(shù)f(ξ)不大于預(yù)設(shè)間隙安全閾值，表明發(fā)動(dòng)機(jī)艙或發(fā)動(dòng)機(jī)外形存在大的偏差，插入不可避免會(huì)干涉，需要進(jìn)行修配。