[发明专利]一种大型零部件最佳装配位姿匹配的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种大型零部件数字化装配测量过程中的最佳装配位姿匹配的方法。

背景技术：

测量辅助装配技术是实现大型产品数字化装配，控制装配质量和关键特性的有效途径之一，利用便携式大尺寸测量设备在产品装配中对各部件位姿进行实时跟踪测量，检查关键特征的位置，以达到产品装配质量的技术要求。大型零部件装配中位姿的精确调整与控制是保证产品装配精度的工作重点之一，尤其是在部件对接、产品总装时的作用更为突出。

装配位姿匹配是大型零部件数字化装配中测量数据处理的一个关键环节，旨在为测量辅助装配技术的实施提供装配体精确位姿数据以便其精确定位，并提供最佳目标装配位姿以保证装配准确度，达到最佳的实际装配效果。

在大型部件装配中装配体当前位姿与最佳目标位姿的确定上，一般性处理方式是简单利用各关键尺寸及形位公差是否处于设计容差范围来判断，实质上只是粗略的一种求解。因此，该方式下要实现高精度的装配质量还是需要采用提高容差设计要求来控制，这意味着零部件的制造精度有更高要求，效果和经济性上都不够理想。本发明提出方法能够在设计容差允许范围内更加精确的实现最佳装配效果的目标位姿的求解，为数字化定位装置提供更理想的定位调整参数。

发明内容：

本发明的目的是针对装配位姿测量中的数据一般性处理方式存在的不足及大型零部件数字化辅助装配定位的需要，提出的一种较为理想的位姿匹配方法。

一种大型零部件装配中最佳装配位姿匹配的方法，其包括零部件当前位姿匹配与零部件最佳目标装配位姿匹配2阶段：

当前位姿匹配阶段包括以下基本步骤：

1)测定装配现场中固定基准参考点的空间位置；

2)将基准参考点拟合成基准装配坐标系，与数字化装配模型中全局坐标系进行统一；

3)测定待定位可移动装配体上各位置参考点的空间位置；

4)对比数字化装配模型中各位置参考点的名义位置，运用当前位姿匹配算法求取装配体的当前空间位姿的六个独立参数；

最佳目标装配位姿匹配阶段包括以下基本步骤：

5)测定已定位的基准装配体上与各装配准确度检测项对应测点的位置，按照参考基准几何要素的类型拟合成相应的几何要素；

6)测定待定位可移动装配体上与各装配准确度检测项对应测点的位置，并将测点数据转换到装配体的本地零部件坐标系下；

7)假定与待定位装配体固联的各测点位置随着装配体在一定空间范围内按规律移动，计算装配体处在一系列离散位置姿态时各检测项的精度偏差，并计算多目标向单目标映射的综合总体准确度偏差系数；

8)计算各单项精度偏差与总体精度偏差系数是否满足设定要求，否则重复步骤7，直至获得满足要求的待定位可移动装配体的空间位姿，该位姿即为待定位装配体的实际最佳目标装配位姿。

所述的测量装配现场基准参考点、零部件上位姿参考点及各检测项测点的测量均采用激光跟踪仪执行数据采集操作。激光跟踪仪放置于能够观测到各公共点和相应测点的现场位置。

将基准测量点拟合成基准坐标系的步骤为：先将各基准测点拟合成基准平面XOY，选定其中两个点在XOY平面上直线的投影作为X轴方向，选定一点在XOY平面的投影作为坐标原点O，由此确定拟合坐标系的基本参数，并对该原始拟合坐标系进行一定空间变换作为全局装配基准坐标系。

零部件的位姿可由该部件坐标系在全局装配坐标系下的空间位置来表示，它由6个独立参量构成的六元组 表示零部件从初始位姿到当前位姿依次绕参考坐标系的x轴旋转ψ度，绕y轴旋转θ度，绕z轴旋转 度，最后在x，y，z方向各平移p_x，p_y，p_z获得，进行空间位姿计算时将此6个独立参数变量表示为4×4的空间变换矩阵T再参与运算，其中R为旋转矩阵分量，P为平移分量：

T=RP01]]>