[发明专利]一种基于特征孔的盒形件定位测量补偿一体化装配方法

权利要求书

1.一种基于特征孔的盒形件定位测量补偿一体化装配方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将盒型件固定在环框组件装配工装上，通过环框组件装配工装对盒型件进行快速初定位；

步骤二：进行基于特征孔数字化测量的装配误差辨识；

步骤三：进行盒型件装配误差补偿；

进行基于特征孔数字化测量的装配误差辨识，具体为：

(1)通过激光跟踪仪对环框组件装配工装上的工装特征孔进行测量，得到工装特征孔在激光跟踪仪坐标系下的坐标；

(2)通过坐标匹配建立激光跟踪仪坐标系与工装坐标系之间的联系；

(3)通过激光跟踪仪对盒型件上的盒型件特征孔进行测量，得到盒型件特征孔在激光跟踪仪坐标系下的坐标，并依据坐标匹配结果将其转化为工装坐标系下的坐标；

(4)对比盒型件在工装坐标系下的实际坐标和理论坐标，计算得到实际装配误差；

激光跟踪仪坐标系O1-X1Y1Z1定义为与激光跟踪仪固连的测量坐标系，将盒型件的测量结果表示在测量坐标系下；

工装坐标系O-XYZ定义为与环框组件装配工装固连的装配坐标系，将盒型件的装配结果表示在装配坐标系下；

选择装配工装上精加工出的6个φ10mm孔作为工装特征孔，选择盒型件上11个φ11mm孔作为盒型件特征孔，用以分别表征工装和盒型件的空间位姿；

工装特征孔在工装坐标系下的位置矢量为P_i＝[X_i Y_i Z_i]^T，工装特征孔在激光跟踪仪坐标系下的位置矢量为

J_i＝[x_i y_i z_i]^T；

工装坐标系和激光跟踪仪坐标系的相对位姿关系通过旋转矩阵R和平移矢量T来表示，对于任意一个工装特征孔，其满足以下变换关系：

P_i＝RJ_i+T (1)

旋转矩阵R和平移矢量T求解如下：

构造最小二乘目标函数：

采用奇异值分解法进行求解，令其分别表示工装特征孔孔心点集在激光跟踪仪坐标系和工装坐标系内的重心；再令q_Ji＝J_i-u_J，q_Pi＝P_i-u_P，则公式(2)化简为：

求解∑²最小值，即求解下式的最大值：

其中，对矩阵H进行奇异值分解H＝UDV^T，则旋转矩阵R和平移矢量T通过下式求解：

R＝VU^T (5)

T＝u_Pi-Ru_Ji (6)

其中，U、V表示两个正交矩阵，D表示一个对角矩阵；

盒型件特征孔在激光跟踪仪坐标系O₁-X₁Y₁Z₁下的位置矢量为则根据公式(5)和公式(6)，推导出盒型件特征孔在工装坐标系O-XYZ下的位置矢量为：

由盒型件理论数模，得出盒型件特征孔在装配工装上的理论位置则盒型件装配误差通过特征孔的偏差来反映：

盒型件装配误差补偿，具体为：通过旋转补偿矩阵R_e和平移补偿矢量T_e，使盒型件特征孔在工装坐标系下的实际位置和理论位置相匹配：

旋转设置在工装上的螺旋测微头，使附形块相对于环框组件装配工装在Y轴方向进行平移，Y轴方向即盒型件法向，从而调整盒型件的装配位置至装配误差最小，所需的误差补偿量为补偿矢量T_e在Y轴方向的分量为e_y。