CN111496289A - 多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法，制孔系统包括多轴数控运动机构、制孔装置、多轴数控运动控制系统，以及线激光扫描传感器、扫描运动机构、扫描运动机构控制系统、图像处理工作站。该系统结构简单，集成化程度高，仅通过一套线激光扫描传感器即可满足飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测需求，避免了作业头上装配多种传感器致使作业头笨重体积过大的问题，也避免了多种测量仪器之间的转站任务，提高了检测精度及自动化程度。

Description

多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及航空数据化制造领域，尤其涉及一种多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法。

背景技术

新一代军用飞机数字化装配与制孔过程中的核心任务包括：蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测等。

航空大部件数字化装配与制孔过程中的核心任务，现有方案大多通过激光跟踪仪测量空间点位，通过激光雷达扫描装配贴合面型，通过接触式测量仪表获得制孔质量。独立仪器之间通过公共特征进行坐标系转换(即转站)，实现诸多被测数据的相互关联。这种方式需要过大量人工介入过程，不利于提升工作效率，同时设备昂贵，增加自动化系统的构建成本，易产生系统性误差乃至整体装配错误。

为了避免这些问题，已有技术对上述技术方案做出改进，例如由制孔机床作业末端携带激光跟踪仪的配套扫描附件(如Leica公司AT960激光跟踪仪的T-scan附件)实现面型的高精度自动化扫描；在制孔作业头末端增加单目、双目或深度相机附件拍摄预连接孔特征，自动识别其位置；为制孔作业头增加自动化的接触式测量头附件。这些附件替代了原来的激光跟踪仪、激光雷达以及手持式测量仪的独立设备，通过末端作业头末端附件多个工位的切换实现一体化的制孔-测量系统。但是制孔作业头的结构愈发复杂，运动机构和设备种类繁多，导致制孔作业头重量和体积大幅增加，制孔机床或机器人的负载增加，不利于制孔覆盖率的提升。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多功能集成化航空装配制孔系统及其使用方法，其结构简单，能够自动完成飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种多功能集成化航空装配制孔系统，其包括多轴数控运动机构、制孔装置及多轴数控运动控制系统，多轴数控运动机构与制孔装置连接用以带动制孔装置进行多轴运动，多轴数控运动控制系统与多轴数控运动机构和制孔装置通信连接；多功能集成化航空装配制孔系统还包括线激光扫描传感器、扫描运动机构、扫描运动机构控制系统、图像处理工作站；其中，扫描运动机构与线激光扫描传感器连接，扫描运动机构能够带动线激光扫描传感器至少沿上下方向运动，扫描运动机构与制孔装置固定连接以能够随制孔装置运动；扫描运动机构控制系统与线激光扫描传感器、扫描运动机构和多轴数控运动控制系统通信连接；图像处理工作站与线激光扫描传感器以及多轴数控运动控制系统通信连接。

在一实施例中，扫描运动机构包括：第一运动机构、第二运动机构及连接件，其中，第一运动机构带动线激光扫描传感器沿前后方向运动；第二运动机构带动线激光扫描传感器沿上下方向运动；连接件连接第一运动机构和第二运动机构。

在一实施例中，第一运动机构包括：接近运动减速机、接近运动滑盖、接近运动滑块及接近运动轨道，其中：接近运动减速机与接近运动滑块连接，以驱动接近运动滑块沿前后方向运动；接近运动滑块与接近运动轨道滑动连接，且接近运动滑块与接近运动滑盖连接，以使接近运动滑块带动接近运动滑盖沿接近运动轨道进行前后方向的运动；接近运动滑盖与连接件连接，以带动连接件和第二运动机构沿前后方向运动。

在一实施例中，第二运动机构包括：扫描运动减速机、扫描运动滑块、扫描运动轨道、扫描运动光栅，其中：扫描运动减速机与扫描运动滑块连接，以驱动扫描运动滑块沿上下方向运动；扫描运动滑块与扫描运动轨道滑动连接，且扫描运动滑块与线激光扫描传感器连接，以使扫描运动滑块带动线激光扫描传感器沿扫描运动轨道进行上下方向的运动；扫描运动减速机及扫描运动轨道均还与连接件连接，以随着连接件沿前后方向运动，扫描运动光栅固定在扫描运动滑块上，用于在扫描运动中提供高精度位置编码信号。

在第二方面，本发明提供了一种多功能集成化航空装配制孔系统的使用方法，采用上述多功能集成化航空装配制孔系统进行飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测，其中，

进行飞机的蒙皮骨架贴合面检测包括步骤：S11，多轴数控运动机构控制系统完成蒙皮内型面相对于多轴数控运动机构的空间定位；S12，多轴数控运动机构控制系统根据蒙皮内型面的理论数模信息生成多轴数控运动机构的运动程序；S13，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器，以使线激光扫描传感器的激光线抵达蒙皮内型面的扫描起点位置；S14，打开线激光扫描传感器，线激光扫描传感器朝向蒙皮内型面发射线激光，启动时间间隔触发扫描模式，并以Δt时间间隔采样；S15，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器的线激光沿着飞机蒙皮内型面的切线方向进行扫描，获取蒙皮内型面的点云数据，直至全部面型扫描完毕；S16，线激光扫描传感器将点云数据传输到图像处理工作站，图像处理工作站依据点云数据，根据处理算法得到蒙皮内型面的面型；S17，对骨架外型面采用步骤S11至S16相同的方式扫描检测，得到骨架外型面的面型；以及S18，依据得到的蒙皮内型面的面型骨架外型面的面型来确定加垫位置和加垫厚度，人工完成加垫作业；

预制孔孔位获取包括步骤：S21，多轴数控运动机构控制系统完成飞机蒙皮和骨架装配体相对于多轴数控运动机构的空间定位；S22，根据飞机蒙皮和骨架的理论数模信息，多轴数控运动机构控制系统提取预制孔孔位，并生成多轴数控运动机构的运动程序；S23，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器的激光线初步抵达预制孔位置，并保持多轴数控运动机构静止不动；S24，扫描运动控制系统生成扫描运动机构的运动程序，扫描运动机构带动线激光扫描传感器抵达预制孔的扫描起点位置；S25，打开线激光扫描传感器，线激光扫描传感器朝向预制孔孔位发射线激光，启动位置触发扫描模式；S26，扫描运动机构带动线激光扫描传感器的线激光沿着与线激垂直的上下方向对预制孔进行扫描，扫描运动机构的位置编码信息通过扫描运动控制系统传输到线激光扫描传感器，由扫描进程逐步触发，获取预制孔附近的点云数据及平面图像信息；S27，扫描完毕后，线激光扫描传感器将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站，图像处理工作站依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得预制孔的实测位置；S28，扫描运动机带动线激光扫描传感器离开该预制孔表面，并抵达下一预制孔位置，按步骤S21至S28获取下一预制孔孔位，直至全部预制孔孔位扫描完毕；S29，多轴数控运动控制系统计算全部预制孔实测位置与理论位置的偏差，引导制孔装置制孔。

制孔质量检测包括以下步骤：S31，制孔完毕后，多轴数控运动机构带动线激光扫描传感器的激光线初步抵达已制孔位置，并保持多轴数控运动机构静止不动；S32，扫描运动控制系统生成扫描运动机构的运动程序，扫描运动机构带动线激光扫描传感器抵达已制孔的扫描起点位置；S33，打开线激光扫描传感器，启动位置触发扫描模式；S34，扫描运动机构带动线激光扫描传感器沿着与线激光垂直的方向对已制孔进行扫描，扫描运动机构的位置编码信息通过扫描运动控制系统传输到线激光扫描传感器，由扫描进程逐步触发，获取已制孔附近的点云数据及平面图像信息；S35，扫描完毕后，线激光扫描传感器将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站，图像处理工作站依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得已制孔的制孔质量参数；S36，扫描运动机构带动线激光扫描传感器离开该已制孔表面，并抵达下一制孔位置进行制孔，按步骤S31至S36进行制孔质量检测，直至全部制孔质量检测完毕。

本发明的有益效果如下：本发明仅包括多轴数控运动机构、制孔装置、线激光扫描传感器及扫描运动机构，以及多轴数控运动控制系统、扫描运动机构控制系统、图像处理工作站。结构简单，集成化程度高，仅通过一套线激光扫描传感器即可满足飞机的蒙皮骨架贴合面检测、预制孔孔位获取以及制孔质量检测需求，避免了作业头上装配多种传感器致使作业头笨重体积过大的问题，也避免了多种测量仪器之间的转站任务，提高了检测精度及自动化程度。

附图说明

图1是根据本发明的多功能集成化航空装配制孔系统的结构示意图；

图2是根据本发明的扫描运动机构的结构示意图；

图3是去除扫描运动减速机保护罩后对图2的圆圈部分放大的结构示意图；

图4是根据本发明的接近运动机构的内部结构示意图；

图5是根据本发明的多功能集成化航空装配制孔系统通信连接关系的示意框图；

图6是线激光发射的示意图；

图7是飞机蒙皮与骨架的结构示意图；

图8是骨架外型面的示意图；

图9是飞机蒙皮内型面的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1多轴数控运动机构 521c第二连接件

2制孔装置 521d扫描运动减速机保护罩

3多轴数控运动控制系统

4线激光扫描传感器 522扫描运动滑块扫描运动轨道

5扫描运动机构

51第一运动机构 523524扫描运动光栅

511接近运动减速机 53连接件

512接近运动滑盖 6扫描运动机构控制系统

513接近运动滑块 7图像处理工作站

514接近运动轨道 8蒙皮

52第二运动机构 81蒙皮内型面

521扫描运动减速机 9骨架

521a扫描运动减速 91骨架外型面

机主体 P预制孔

521b第一连接件 L激光线

具体实施方式

附图示出本发明的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本发明。

如图1至图5所示，多功能集成化航空装配制孔系统由多轴数控运动机构1、制孔装置2、多轴数控运动控制系统3，以及线激光扫描传感器4、扫描运动机构5、扫描运动机构控制系统6、图像处理工作站7组成。

其中，多轴数控运动机构1与制孔装置2连接以带动制孔装置2进行多轴运动，其运动范围能够覆盖待装配工件表面。扫描运动机构5与制孔装置2固定连接以能够随制孔装置2运动，线激光扫描传感器4连接于扫描运动机构5上，由扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4相对制孔装置2运动。

多轴数控运动机构1可以是五坐标运动制孔机床，具有XYZAC的五轴运动功能，并借助五轴数控插补功能实现空间任意轨迹运动，从而满足制孔装置2的空间定位以及线激光扫描传感器4沿任意曲面的扫描功能要求。制孔装置2是面向航空的集成化制孔执行器，其采用多点激光测量工件表面法矢方向，从而实时补偿进刀方向；采用专用气动压紧机构，在制孔期间给与一定的压力，消除叠层间隙，并通过测量装置，如光栅尺测量压紧机构的实际压紧行程。制孔执行器具有独立的进给轴，通过压紧机构光栅尺获得的实测表面位置，精确控制进刀量，制孔执行器主轴带动高速运动的复合成型刀具，同时完成制孔与锪窝工作。制孔执行器独立于五坐标运动机构工作。五坐标运动机构仅将制孔执行器运送到待制孔位，其余压紧、法矢调整以及制孔锪窝由制孔执行器完成。

如图2至图4所示，扫描运动机构5包括：第一运动机构51、第二运动机构52及连接件53，其中：第一运动机构51带动线激光扫描传感器4沿前后方向运动；第二运动机构52带动线激光扫描传感器4沿上下方向运动；连接件53连接第一运动机构51和第二运动机构52。

第一运动机构51包括：接近运动减速机511、接近运动滑盖512、接近运动滑块513及接近运动轨道514，其中：接近运动减速机511是接近运动的驱动装置，接近运动减速机511与接近运动滑块513连接，以驱动接近运动滑块513沿前后方向运动；接近运动滑块513与接近运动轨道514滑动连接，且接近运动滑块513与接近运动滑盖512连接，以使接近运动滑块513带动接近运动滑盖512沿接近运动轨道514进行前后方向的运动；接近运动滑盖512与连接件53连接，以带动连接件53和第二运动机构52沿前后方向运动。第一运动机构51的用于对线激光扫描传感器4相对于工件的距离、位置进行细调，确保合适的、固定的扫描距离，并在不需扫描时带动线激光扫描传感器4远离工件，从而避免制孔装置2运动期间与工件发生碰撞。

第二运动机构52包括：扫描运动减速机521、扫描运动滑块522、扫描运动轨道523、扫描运动光栅524，其中：扫描运动减速机521是扫描运动的驱动装置，扫描运动减速机521与扫描运动滑块522连接，以驱动扫描运动滑块522沿上下方向运动；扫描运动滑块522与扫描运动轨道523滑动连接，且扫描运动滑块522与线激光扫描传感器4连接，以使扫描运动滑块522带动线激光扫描传感器4沿扫描运动轨道523进行上下方向的运动；扫描运动减速机521及扫描运动轨道523均还与连接件53连接，以随着连接件53沿前后方向运动，扫描运动光栅524固定在扫描运动滑块522上，用于在扫描运动中提供高精度位置编码信号，该信号一方面用于扫描运动机构5的精确运动控制，另一方面输入到线激光扫描传感器4，为其提供扫描触发信号。线激光扫描传感器4的激光线L与扫描运动轨道523相互垂直，同时又与接近运动轨道514垂直。

扫描运动减速机521包括扫描运动减速机主体521a、第一连接件521b、第二连接件521c及扫描运动减速机保护罩521d，其中：第一连接件521a与连接件连接；第二连接件521b与扫描运动滑块522连接；扫描运动减速机保护罩521d置于扫描运动减速机主体521外侧，用于保护扫描运动减速机521。

如图6所示，线激光扫描传感器4发射出线激光，该线激光投射至工件表面，由线激光扫描传感器4内部的相机检测线激光的形状改变，从而获得工件表面上该条扫描线上的深度信息，结合相机像素位置和扫描运动机构5的位置形成点云数据。线激光扫描传感器4每获得一次触发信号即检测一帧深度信息，扫描过程中，通过多次连续的触发信号，逐条扫描线获得深度信息，进而拼接形成最终的点云集合。线激光扫描传感器4一方面能够接受扫描运动机构5输出的位置编码信号，从而能够在扫描运动机构5运动时，以确定的距离间隔获得点云数据，获得沿着扫描方向距离均匀的高精度点云数据。另一方面，线激光扫描传感器4还能够以固定时间间隔触发获得点云数据，从而在扫描运动机构5未运动、没有位置编码触发信号的条件下，通过软件定时控制方式获得点云数据。线激光扫描传感器4内置的相机还可以获得被测表面的平面图像信息。

线激光扫描传感器4可以是LMI公司的Gocator2320及Gocator2330传感器，其能够以位置触发方式同时获得被测表面的点云信息和平面图像信息，外界计算机可以通过以太网获得这两种数据。同时，该传感器还能够不依赖于位置信号输出，在设定的时间间隔采样获得点云数据。

多功能集成化航空装配制孔系统的通信连接及控制原理如下：

线激光扫描传感器4与图像处理工作站7连接，传送面型扫描点云数据和平面图像信息，图像处理工作站7根据处理算法从点云数据和平面图像数据中提取特征的相对位置和相关几何尺寸信息。线激光扫描传感器4与图像处理工作站7可以通过以太网连接，从而保证点云数据的传送速率。

多轴数控运动控制系统3同时控制制孔装置2和多轴数控运动机构1实现空间定位、执行空间运动轨迹和执行制孔作业。多轴数控运动控制系统3可以是数控机床控制系统如西门子840D系统，通过五轴联动功能控制多个机床伺服轴实现空间精密插补运动。

图像处理工作站7与多轴数控运动控制系统3连接，结合多轴数控运动机构1的位置计算特征的全局位姿信息，并实现处理结果的显示以及汇总存储等。图像处理工作站7与多轴数控运动控制系统3可以采用以太网与数控系统的人机界面HMI连接。

多轴数控运动控制系统3与扫描运动机构控制系统6连接，多轴数控运动控制系统3可以采用现场总线如Profibus或CAN与扫描运动机构控制系统6连接，用于向扫描运动机构控制系统6下达接近运动和扫描运动指令，。

扫描运动机构控制系统6控制扫描运动机构5接近工件并实施扫描，同时还与线激光扫描传感器4连接，当采用位置触发形式扫描时，向线激光扫描传感器4传送光栅尺位置编码信号，从而触发线激光扫描传感器4逐帧生成点云数据，当采用时间间隔触发形式扫描时，则忽略光栅尺位置编码信号。

该制孔系统集成了飞机的蒙皮8骨架9贴合面检测、预制孔P孔位获取以及制孔质量检测等多项功能，由扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4采用独立的小行程高精度运动系统保证了预制孔P孔位获取以及制孔质量检测时的扫描运动精度，从而保证预制孔P位以及制孔质量的检测精度，避免了多轴数控运动机构1难以在全局范围内保证检测精度的缺点。在蒙皮8骨架9贴合面检测阶段扫描运动机构5不再运动，多轴数控运动机构1直接带动线激光扫描传感器4以时间间隔触发形式实施扫描，沿工件法线方向的扫描精度由线激光扫描传感器4保证，而法线方向正是骨架9与蒙皮8贴合的方向，因此有利于间隙的精确补偿，充分满足了航空大部件装配的多个关键加工与检测功能，保证了各项精度要求。

下面针对一个典型的航空大部件对合协调与制孔装配工艺流程，详细描述利用该系统进行飞机蒙皮8骨架9贴合面检测、预制孔P孔位获取、制孔质量检测的过程。

飞机蒙皮8骨架9贴合面检测：如图7至图9，航空大部件由蒙皮8和骨架9组成，骨架9由框梁组件在工装型架上装配完成，(复合材料)蒙皮8单独制成，装配过程中，要求蒙皮8和骨架9紧密贴合，要求间隙满足技术要求。由于每一件骨架9装配及蒙皮8成型存在误差且不一致，不能保证良好的精度和互换性，因而需要针对每一件装配体的贴合面进行局部加垫，消除两者之间的装配间隙，加垫位置和厚度依赖于蒙皮8和骨架9的实测数据。进行蒙皮8骨架9贴合面检测包括步骤：

S11：多轴数控运动机构控制系统3完成蒙皮内型面81相对于多轴数控运动机构1的空间定位；

S12：多轴数控运动机构控制系统3根据蒙皮内型面81的理论数模信息生成多轴数控运动机构1的运动程序；

S13：多轴数控运动机构1带动线激光扫描传感器4，以使线激光扫描传感器4的激光线L抵达蒙皮内型面81的扫描起点位置；

S14：打开线激光扫描传感器4，线激光扫描传感器4朝向蒙皮内型面81发射线激光，启动时间间隔触发扫描模式，并以Δt时间间隔采样；

S15：多轴数控运动机构1带动线激光扫描传感器4的线激光沿着飞机蒙皮内型面81的切线方向进行扫描，获取蒙皮内型面81的点云数据，直至全部面型扫描完毕；

S16：线激光扫描传感器4将点云数据传输到图像处理工作站7，图像处理工作站7依据点云数据，根据处理算法得到蒙皮内型面81的面型；

S17：对骨架外型面91采用步骤S11至S16相同的方式扫描检测，得到骨架外型面91的面型；

S18：依据得到的蒙皮内型面81的面型骨架外型面91的面型来确定加垫位置和加垫厚度，人工完成加垫作业；

其中，步骤S16、S17可以采用论文“基于点云三维重构的配合面装配间隙分析方法研究”，赵海洋等，《理论与实践》中公开的方法，依据点云数据分别得到蒙皮内型面81和骨架外型面91的面型。

预制孔P孔位获取过程：加垫完毕，蒙皮8与骨架9依据数模调姿对合，并人工制孔并完成预连接，蒙皮8与骨架9完成紧固，剩余孔交由自动制孔系统完成。由于存在装配误差和位置偏移，自动制孔系统不能严格按照数模的待制孔位实施制孔，而需要检测人工所制预连接孔孔位，与模型上的预制孔P对比，自动矫正待制孔孔位。预制孔P孔位获取具体步骤包括：

S21：多轴数控运动机构控制系统3完成飞机蒙皮8和骨架9装配体相对于多轴数控运动机构1的空间定位；

S22：根据飞机蒙皮8和骨架9的理论数模信息，多轴数控运动机构控制系统3提取预制孔P孔位，并生成多轴数控运动机构1的运动程序；

S23：多轴数控运动机构1带动线激光扫描传感器4的激光线L初步抵达预制孔P位置，并保持多轴数控运动机构1静止不动；

S24：扫描运动控制系统6生成扫描运动机构5的运动程序，扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4抵达预制孔P的扫描起点位置；

S25：打开线激光扫描传感器4，线激光扫描传感器4朝向预制孔P孔位发射线激光，启动位置触发扫描模式；

S26：扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4的线激光沿着与线激垂直的上下方向对预制孔P进行扫描，扫描运动机构5中扫描运动光栅524的位置编码信息通过扫描运动控制系统6传输到线激光扫描传感器4，由扫描进程逐步触发，获取预制孔P附近的点云数据及平面图像信息；

S27：扫描完毕后，线激光扫描传感器4将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站7，图像处理工作站7依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得预制孔P的实测位置；

S28：扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4离开该预制孔P表面，并抵达下一预制孔P位置，按步骤S21至S28获取下一预制孔P孔位，直至全部预制孔P孔位扫描完毕；

S29：多轴数控运动控制系统3计算全部预制孔P实测位置与理论位置的偏差，引导制孔装置2制孔；

其中，步骤S27可以采用论文“飞机零部件连接孔在机视觉检测系统开发”，勾江洋等，《数字化测量》中公开的方法，依据点云数据和平面图像信息，获得预制孔P的实测位置。

本发明利用制孔系统中的线激光扫描装置获得了预制孔P的位置，线激光能够直接获得孔位的深度信息，从而避免了常用的单目相机无法直接获得深度信息或双目相机的深度信息估计不准确的问题，提升了预制孔P位的检测精度。得到预制孔P实测位置后，可采用中国专利CN109318050A公开的方法计算得到待制孔的实际位置。

制孔质量检测过程具体包括以下步骤：

S31：制孔完毕后，多轴数控运动机构1带动线激光扫描传感器4的激光线L初步抵达已制孔位置，并保持多轴数控运动机构1静止不动；

S32：扫描运动控制系统6生成扫描运动机构5的运动程序，扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4抵达已制孔的扫描起点位置；

S33：打开线激光扫描传感器4，启动位置触发扫描模式；

S34：扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4沿着与线激光垂直的方向对已制孔进行扫描，扫描运动机构5中扫描运动光栅524的位置编码信息通过扫描运动控制系统6传输到线激光扫描传感器4，由扫描进程逐步触发，获取已制孔附近的点云数据及平面图像信息；

S35：扫描完毕后，线激光扫描传感器4将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站7，图像处理工作站7依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得已制孔的制孔质量参数，包括：法矢偏角、锪窝深度、孔径等关键参数。

S36：扫描运动机构5带动线激光扫描传感器4离开该已制孔表面，并抵达下一制孔位置进行制孔，按步骤S31至S35进行制孔质量检测，直至全部制孔质量检测完毕。

其中，步骤S35中采用中国专利公开号CN109506580A公开的方法依据点云数据和平面图像信息提取法矢偏角、锪窝深度、孔径等关键参数。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的实质与原理下所做的修室、替代、组合、简化均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多功能集成化航空装配制孔系统，多功能集成化航空装配制孔系统包括多轴数控运动机构(1)、制孔装置(2)及多轴数控运动控制系统(3)，多轴数控运动机构(1)与制孔装置(2)连接用以带动制孔装置(2)进行多轴运动，多轴数控运动控制系统(3)与多轴数控运动机构(1)和制孔装置(2)通信连接；

其特征在于，

多功能集成化航空装配制孔系统还包括线激光扫描传感器(4)、扫描运动机构(5)、扫描运动机构控制系统(6)、图像处理工作站(7)；其中，

扫描运动机构(5)与线激光扫描传感器(4)连接，扫描运动机构(5)能够带动线激光扫描传感器(4)至少沿上下方向运动，扫描运动机构(5)与制孔装置(2)固定连接以能够随制孔装置(2)运动；

扫描运动机构控制系统(6)与线激光扫描传感器(4)、扫描运动机构(5)和多轴数控运动控制系统(3)通信连接；

图像处理工作站(7)与线激光扫描传感器(4)以及多轴数控运动控制系统(3)通信连接；

2.根据权利要求1所述的多功能集成化航空装配制孔系统，其特征在于，扫描运动机构(5)包括：第一运动机构(51)、第二运动机构(52)及连接件(53)，其中：

第一运动机构(51)带动线激光扫描传感器(4)沿前后方向运动；

第二运动机构(52)带动线激光扫描传感器(4)沿上下方向运动；

连接件(53)连接第一运动机构(51)和第二运动机构(52)。

3.根据权利要求2所述的多功能集成化航空装配制孔系统，其特征在于，第一运动机构(51)包括：接近运动减速机(511)、接近运动滑盖(512)、接近运动滑块(513)及接近运动轨道(514)，其中：

接近运动减速机(511)与接近运动滑块(513)连接，以驱动接近运动滑块(513)沿前后方向运动；

接近运动滑块(513)与接近运动轨道(514)滑动连接，且接近运动滑块(513)与接近运动滑盖(512)连接，以使接近运动滑块(513)带动接近运动滑盖(512)沿接近运动轨道(514)进行前后方向的运动；

接近运动滑盖(512)与连接件(53)连接，以带动连接件(53)和第二运动机构(52)沿前后方向运动。

4.根据权利要求3所述的多功能集成化航空装配制孔系统，其特征在于，第二运动机构(52)包括：扫描运动减速机(521)、扫描运动滑块(522)、扫描运动轨道(523)、扫描运动光栅(524)，其中：

扫描运动减速机(521)与扫描运动滑块(522)连接，以驱动扫描运动滑块(522)沿上下方向运动；

扫描运动滑块(522)与扫描运动轨道(523)滑动连接，且扫描运动滑块(522)与线激光扫描传感器(4)连接，以使扫描运动滑块(522)带动线激光扫描传感器(4)沿扫描运动轨道(523)进行上下方向的运动；

扫描运动减速机(521)及扫描运动轨道(523)均还与连接件(53)连接，以随着连接件(53)沿前后方向运动

扫描运动光栅(524)固定在扫描运动滑块(522)上，用于在扫描运动中提供高精度位置编码信号。

5.一种多功能集成化航空装配制孔系统的使用方法，其特征在于，采用权利要求1所述的多功能集成化航空装配制孔系统来进行飞机的蒙皮(8)骨架(9)贴合面检测、预制孔(P)孔位获取过程以及制孔质量检测过程，

其中，

进行飞机的蒙皮(8)骨架(9)贴合面检测包括步骤：

S11：多轴数控运动机构控制系统(3)完成蒙皮内型面(81)相对于多轴数控运动机构(1)的空间定位；

S12：多轴数控运动机构控制系统(3)根据蒙皮内型面(81)的理论数模信息生成多轴数控运动机构(1)的运动程序；

S13：多轴数控运动机构(1)带动线激光扫描传感器(4)，以使线激光扫描传感器(4)的激光线(L)抵达蒙皮内型面(81)的扫描起点位置；

S14：打开线激光扫描传感器(4)，线激光扫描传感器(4)朝向蒙皮内型面(81)发射线激光，启动时间间隔触发扫描模式，并以Δt时间间隔采样；

S15：多轴数控运动机构(1)带动线激光扫描传感器(4)的线激光沿着飞机蒙皮内型面(81)的切线方向进行扫描，获取蒙皮内型面(81)的点云数据，直至全部面型扫描完毕；

S16：线激光扫描传感器(4)将点云数据传输到图像处理工作站(7)，图像处理工作站(7)依据点云数据，根据处理算法得到蒙皮内型面(81)的面型；

S17：对骨架外型面(91)采用步骤S11至S16相同的方式扫描检测，得到骨架外型面(91)的面型；以及

S18：依据得到的蒙皮内型面(81)的面型骨架外型面(91)的面型来确定加垫位置和加垫厚度，人工完成加垫作业；

预制孔(P)孔位获取过程包括步骤：

S21：多轴数控运动机构控制系统(3)完成飞机蒙皮(8)和骨架(9)装配体相对于多轴数控运动机构(1)的空间定位；

S22：根据飞机蒙皮(8)和骨架(9)的理论数模信息，多轴数控运动机构控制系统(3)提取预制孔(P)孔位，并生成多轴数控运动机构(1)的运动程序；

S23：多轴数控运动机构(1)带动线激光扫描传感器(4)的激光线(L)初步抵达预制孔(P)位置，并保持多轴数控运动机构(1)静止不动；

S24：扫描运动控制系统(6)生成扫描运动机构(5)的运动程序，扫描运动机构(5)带动线激光扫描传感器(4)抵达预制孔(P)的扫描起点位置；

S25：打开线激光扫描传感器(4)，线激光扫描传感器(4)朝向预制孔(P)孔位发射线激光，启动位置触发扫描模式；

S26：扫描运动机构(5)带动线激光扫描传感器(4)的线激光沿着与线激垂直的上下方向对预制孔(P)进行扫描，扫描运动机构(5)的位置编码信息通过扫描运动控制系统(6)传输到线激光扫描传感器(4)，由扫描进程逐步触发，获取预制孔(P)附近的点云数据及平面图像信息；

S27：扫描完毕后，线激光扫描传感器(4)将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站(7)，图像处理工作站(7)依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得预制孔(P)的实测位置；

S28：扫描运动机构(5)带动线激光扫描传感器(4)离开该预制孔(P)表面，并抵达下一预制孔(P)位置，按步骤S21至S28获取下一预制孔(P)孔位，直至全部预制孔(P)孔位扫描完毕；

S29：多轴数控运动控制系统(3)计算全部预制孔(P)实测位置与理论位置的偏差，引导制孔装置(2)制孔；

制孔质量检测过程包括以下步骤：

S31：制孔完毕后，多轴数控运动机构(1)带动线激光扫描传感器(4)的激光线(L)初步抵达已制孔位置，并保持多轴数控运动机构(1)静止不动；

S32：扫描运动控制系统(6)生成扫描运动机构(5)的运动程序，扫描运动机构(5)带动线激光扫描传感器(4)抵达已制孔的扫描起点位置；

S33：打开线激光扫描传感器(4)，启动位置触发扫描模式；

S34：扫描运动机构(5)带动线激光扫描传感器(4)沿着与线激光垂直的方向对已制孔进行扫描，扫描运动机构(5)的位置编码信息通过扫描运动控制系统(6)传输到线激光扫描传感器(4)，由扫描进程逐步触发，获取已制孔附近的点云数据及平面图像信息；

S35：扫描完毕后，线激光扫描传感器(4)将点云数据和平面图像信息传输到图像处理工作站(7)，图像处理工作站(7)依据点云数据和平面图像信息，根据处理算法获得已制孔的制孔质量参数；

S36：扫描运动机构(5)带动线激光扫描传感器(4)离开该已制孔表面，并抵达下一制孔位置进行制孔，按步骤S31至S35进行制孔质量检测，直至全部制孔质量检测完毕。

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