[发明专利]飞机壁板钻铆位置和法向检测系统自标定装置及方法

说明书

本发明涉及一种飞机壁板钻铆位置和法向检测系统自标定装置，包括机座、基准板、基准板定位销、压板、压紧螺栓、压紧螺母和测距传感器；基准板包括测量靶板，测量靶板与机座同轴设置，测量靶板的外侧圆周上开设至少六个非均匀分布的第一孔，测距传感器设于机座上且用于测量测量靶板上设置的曲面或平面；本发明还涉及一种飞机壁板钻铆位置和法向检测系统自标定方法。该飞机壁板钻铆位置和法向检测系统自标定装置及方法的目的是解决配置大尺度空间精确测量设备、测量平台、基准构件产生的标定过程复杂、测量精度不稳定、成本增加、占地面积增大的问题。

技术领域

本发明涉及飞机装配技术领域，具体涉及一种飞机壁板钻铆位置和法向检测系统自标定装置及方法。

背景技术

在飞机部件装配过程中，需要在壁板上钻铆钉孔，利用铆钉将飞机部件连接起来。在飞机壁板上钻铆，需要在正确的位置以正确的方向钻孔，通常要求孔的位置误差不大于0.5mm，孔的角度偏差不大于0.5°，一旦超出，将会严重影响飞机的疲劳寿命，甚至航空安全。飞机部件通常是大型复杂弱刚度构件，在加工、定位及组装过程中，难免会引入各种误差，采用离线编程方式预先规划的钻孔位置很可能偏离实际所需的钻孔位置。如果各项误差的综合效果比较显著，会导致钻孔位置偏差大于0.5mm，因此，在各类钻铆设备中，都要在钻铆执行器上设置基准孔视觉定位单元，在开始钻孔前，采用机器视觉的方法识别基准孔的实际位置，反馈给钻铆系统，做钻铆位置补偿。飞机壁板外表面形状为复杂曲面，为了准确地获得制孔位置的曲面法向，普遍采用非接触式的多点测量技术，利用多个(通常大于等于4个)激光测距传感器，测量曲面上钻孔区域附近的多个点的坐标，拟合曲面方程，从而计算出曲面上钻孔位置的法向。基于机器视觉的位置检测系统以及基于测距传感器的法向检测系统相当于为钻铆执行机构增加了“眼睛”，既能识别基准位置，又能识别方向，协助钻铆执行器调整至准确的位置，以准确的姿态钻铆。

为了确保曲面钻铆位置和法向检测系统的精度，需要标定曲面钻铆位置和法向检测系统的参数。通常有两种外部标定方式：将钻铆执行器从设备上拆解下来，安装在专门的测量平台上测量；不从设备上拆解钻铆执行器，搭建测量系统测量。两种标定方式都需要采用精度较高的基准构件，包括专门定制的精度较高的基准平板或基准球等构件。两种方法操作过程和所需条件不同，分别介绍。

(1)采用拆解检测的方式

需要建立精度较高的测量平台，基准构件和钻铆执行器都安装在测量平台上，在基准构件上设置视觉识别特征，钻铆执行器上的测距传感器向基准构件发送测量信号，视觉定位单元识别基准构件上对应的特征。平台能以较高的精度调整基准构件或者钻铆执行器的位置和姿态，构造多种已知的基准构件与钻铆执行器之间的位置姿态关系，由此分别建立以测距传感器、视觉定位单元的位置和姿态参数为未知数的方程组，求解方程组，标定出测距传感器、视觉定位单元的位置和姿态参数。

(2)采用不拆解检测的方式

需要采用大尺度空间精确测量设备(例如激光跟踪仪、激光干涉仪等)，搭建专用的测量系统，基准构件固定不动，钻铆执行器上的测距传感器向基准构件发送测量信号，视觉定位单元识别基准构件上对应的特征。设备携带钻铆执行机构分别运动至多种位置和姿态，构造出基准构件与钻铆执行器之间的多种位置姿态关系，利用外部的大尺度空间精确测量设备测量基准构件与钻铆执行器之间的相对位置姿态关系。由此分别建立以测距传感器、视觉定位单元的位置和姿态参数为未知数的方程组，求解方程组，标定出测距传感器、视觉定位单元的位置和姿态参数。

如采用第一种方法，需要制造精度较高的专用基准构件和测量平台，制造、安装、使用、维护不方便，占用固定的场地。如采用第二种方法，需要配置大尺度空间精确测量设备，造价昂贵，对工作环境、使用方法有较多限制。两种外部标定方式都需要较大的投入，且操作过程繁琐，不利于在生产实践中推广应用。

因此，发明人提供了一种飞机壁板钻铆位置和法向检测系统自标定装置及方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题