[发明专利]用于多点阵列式柔性工装的基于包围盒的薄壁曲面类零件定位方法

说明书

技术领域

该发明涉及一种曲面类零件的定位方法，具体涉及到一种用于多点阵列式柔性工装的基于包围盒的薄壁曲面类零件定位方法。

背景技术

工业中一些薄壁曲面类零件如飞机薄壁曲面件等的典型制造工艺是先成型后加工，由于这类零件的刚度小，型面复杂，自身在重力下容易变形，给零件成形后的曲面测量、轮廓划线、裁边、钻孔等加工操作带来了很大的困难。薄壁曲面件的传统加工定位主要依靠具有产品形状特征的模线样板和标准工艺装备，即工装表面需要具有和薄壁曲面件一致的曲面形状。传统的定位方法协调环节多，对零件的准确度影响大，且工装笨重，一套工装只针对一种零件，适应性差，成本高，难以满足各行业日益提高的多品种、小批量的需求。目前国内外对于薄壁曲面件的加工装配主要通过多点阵列式柔性工装来实现零件的定位和支撑，但关于零件在柔性工装中的定位算法较少。

目前有关曲面定位的问题主要集中在将一个曲面（往往是测量数据点）和理想曲面进行匹配的问题。常用的方法是通过特征曲面、曲率匹配来实现曲面匹配的初定位及精调整，计算过程较复杂，需要较多次的迭代计算，这类方法主要用于曲面测量、非定位/欠定位加工等方面，在曲面匹配过程没有考虑薄壁曲面件和多点阵列式柔性工装的结构特点，无法解决薄壁曲面件在柔性工装中的定位问题。

发明内容

针对现有方法的不足之处，提出了一种用于多点阵列式柔性工装的基于包围盒的薄壁曲面类零件定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于多点阵列式柔性工装的基于包围盒的薄壁曲面类零件定位方法，其特征在于：根据曲面零件的包围盒和多点阵列式柔性工装工作区域的相似性来确定坐标变换矩阵中涉及到的未知量，具体步骤如下：设多点阵列式柔性工装坐标系为                                                ，薄壁曲面件的坐标系为，则薄壁曲面件在柔性工装坐标系中定位过程可由转换矩阵T来描述，具体可写成为：

式中，T_i（i=1,2）和T₃分别表示为：

式中，字母c表示cos函数，字母s表示sin函数，T₁表示预定位旋转矩阵，T₂表示精定位旋转矩阵，T₃表示平移矩阵，具体涉及的矩阵求解方法和定位过程按照以下步骤进行：

（1）、构建薄壁曲面件的参数化方程；

（2）、用协方差方法求解方向包围盒；

（3）、基于包围盒的预定位；

（4）、基于包围盒迭代的精定位；

（5）包围盒的平移；

（6）、柔性工装中支撑杆的高度求解。

薄壁曲面件在柔性工装中的定位过程是一种将曲面定位到工装工作区域内的一个过程，其实质为坐标变换。国内外的多点阵列式柔性工装的工作区域通常可用一个正六面体来表述，则薄壁曲面件的定位问题可转换为求取包络薄壁曲面件的正六面体包围盒，根据包围盒和柔性工装工作区域的相似性来确定坐标变换矩阵中涉及到的6个参数值，即求取薄壁曲面件的包围盒问题。而为了提高支撑定位的稳定性，应使曲面零件与柔性工装中尽可能多的支撑杆相接触，即曲面在工装平面内的投影面积最大。定位过程主要涉及3个步骤：初定位、精定位和平移，最后确定出曲面在工装坐标系下的参数化曲面方程，然后根据柔性工装中支撑杆的位置确定支撑杆的上升高度。

本发明的有益效果是方法简单，易于理解，在保证支撑稳定性的前提下，减少支撑杆数量。

附图说明

图1为基于多点阵列式柔性工装的薄壁曲面类零件定位示意图；

图2为算法的流程图；

图3为曲面的OBB（Oriented Bounding Box）图形；

图中，1.曲面类零件，2.多点阵列式柔性工装中的支撑杆，OBB的中文意思就是方向包围盒。

具体实施方式

设多点阵列式柔性工装坐标系为，薄壁曲面件的坐标系为，则薄壁曲面件在柔性工装坐标系中定位过程可由转换矩阵T来描述，具体可写成为：

式中，T_i（i=1,2）和T₃分别表示为：