[發明專利]一種面向航空航天箱體部件結構變形的補償方法

有效

• 申請號: 202010941698.2
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112084599B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 田威;孫新月;胡俊山;廖文和
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G06N3/12;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 金子娟

本發明公開了一種面向航空航天箱體部件結構變形的補償方法，包括：通過基準點構建變形量模型，模型分為雙線性插值扭轉變形和重力變形兩部分；采用擬合平面的方法和遺傳優化算法對模型中的未知系數進行優化求解；利用變形量模型對試驗樣本點的變形量進行預測，獲得孔位補償向量并補償至樣本點理論坐標。本發明綜合考慮重力和旋轉工裝定位誤差對變形的影響，利用力學和幾何圖形學知識來表達工件復雜的變形，能預測到目標點變形量并進行孔位誤差補償，顯著提高數控系統加工孔位的精度。

技術領域

本發明屬于自動加工技術領域，具體涉及一種面向航空航天箱體部件結構變形的機床自動鉆鉚孔位誤差補償技術。

背景技術

在航空航天產品設計與制造過程中，數控系統根據產品的理論數學模型進行加工，但由于重力變形及工裝定位等各方面的誤差，待加工產品與其理論數模的一致性往往不能得到保證，因而若僅依靠理論數模來定位加工孔位，將直接導致待加工產品加工孔位的超差，從而影響加工精度及加工質量。因此為了保證裝配過程的順利進行，在實際加工過程中，需要根據待加工產品的實際安裝位置分析其變形規律，對理論加工孔位進行補償。

航空航天箱體部件結構由于其跨距長、自重大，在鉆鉚過程中會產生較大變形，需要進行孔位補償，目前國內外的研究中，主要是通過試驗或數值方法研究針對產品變形補償的問題。國內自動鉆鉚系統由于沒有配備專用數控托架，生產中產品的鉆鉚是通過大量試驗來獲取托架變形數據進而給予變形補償實現的，這讓工人耗費大量精力在變形試驗數據的獲取上，降低了自動鉆鉚的效率。

發明內容

為了解決航空航天箱體部件在鉆鉚過程中因自重以及工裝定位誤差導致的變形問題，本發明對箱體部件變形和補償進行了研究，根據相關力學和幾何圖形學知識對待加工點變形量進行建模，基于變形量模型建立補償算法，實施孔位補償，保證加工精度。

本發明的技術方案為：

一種面向航空航天箱體部件結構變形的補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在箱體部件的待加工面上，圍繞加工區域，在待加工面的四角各設置一邊角基準孔，在加工區域中設置若干區域內基準孔；

S2、建立箱體部件的理論數模，通過箱體部件的理論數模得4個邊角基準孔和所有區域內基準孔的理論位置，利用視覺測量系統檢測得到所有基準孔的實際位置；

S3、建立箱體部件的局部坐標系O－XYZ，利用多個基準孔的實際位置擬合出近似于變形后待加工面的平面，以表述箱體部件的空間姿態，基于擬合的平面建立工件坐標系O₁－X₁Y₁Z₁，

在局部坐標系O－XYZ中，其X軸、Z軸所在的平面為水平面，Z軸的延伸方向與移動工裝導軌平行，所述移動工裝導軌的延伸方向與箱體部件的長度方向平行；

在工件坐標系O₁－X₁Y₁Z₁中，其X₁軸垂直于擬合的平面，Z₁軸與擬合平面的中軸線重合；

在忽略工裝定位誤差和重力的影響時，局部坐標系O－XYZ與工件坐標系O₁－X₁Y₁Z₁重合，箱體部件發生變形后，設局部坐標系X軸與工件坐標系X₁軸的夾角為α，局部坐標系Z軸與工件坐標系Z₁軸的夾角為β；

S4、構建箱體部件待加工點的重力變形量模型，理論待加工面與重力方向平行，該模型的表達式為：