CN111515613B - 一种骨架结构孔位局部修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术定位不精准的问题，提出了一种骨架结构孔位局部修正方法，通过在数字化制孔设备末端执行器上设置轮廓测量模块和距离测量模块，将骨架结构定位的偏差修正到预设在骨架结构表面的连接孔的理论点位中，实现对骨架结构孔位的局部修正。

Description

一种骨架结构孔位局部修正方法

技术领域

本发明属于航空机械加工领域，具体地说，涉及一种骨架结构孔位局部修正方法。

背景技术

一般的飞行器结构是由外敷件与骨架结构连接而成的密闭结构；在制造这种密闭结构时需要通过大量的连接件将外敷件与骨架结构连接，而连接的重要工序是在外敷件与骨架结构同时制孔；通常情况下，是从外敷件表面进行制孔，此时骨架结构的位置是难以确定的。在传统的装配中，是通过人工制定位孔的方式或者划线标记的方式确定骨架结构的位置，这种方式定位的准确性不高，容易出现定位错误的情况。

发明内容

本发明针对现有技术定位不精准的问题，提出了一种骨架结构孔位局部修正方法，通过在数字化制孔设备末端执行器上设置轮廓测量模块和距离测量模块，将骨架结构定位的偏差修正到预设在骨架结构表面的连接孔的理论点位中，实现对骨架结构孔位的局部修正。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种骨架结构孔位局部修正方法，包括以下步骤：

步骤S1.进行数字化制孔设备建站；

步骤S2.测量骨架结构的外形特征点；

步骤S3.测量到骨架结构表面的距离；

步骤S4.对孔位进行修正。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S1.的具体步骤为：

步骤S1.1.使用装配型架来定位骨架结构，并在装配型架上设置用于机床建站的靶标点；将靶标点的理论点位输入到数字化制孔设备的存储设备；所述靶标点为球状，是在飞行器整体坐标系下给定位置的点；

步骤S1.2.驱动数字化制孔设备按照规划轨迹运动到靶标点，在数字化制孔设备主轴末端执行器上设置轮廓测量模块和距离测量模块，并使用轮廓测量模块和距离测量模块测量靶标点，得到靶标点的实测点位；

步骤S1.3.使用最佳拟合的方式对理论点位与实测点位进行计算，将数字化制孔设备置于飞行器整体坐标系下。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S2.的具体步骤为：

步骤S2.1.在需要定位的骨架结构的每个边上选择多个定位点作为预设定位点，并将预设定位点构建到在飞行器整体坐标系中，并导入数字化制孔设备的存储设备；

步骤S2.2.驱动数字化制孔设备按照规划轨迹运动到预设定位点，并使用轮廓测量模块和距离测量模块测量测量骨架结构上预设定位点，得到预设定位点的实测值；

步骤S2.3.所述骨架结构具有一定厚度，包括上下两个平面，通过空间投影法得到在X轴方向上预设定位点和预设定位点的实测值在上表面的偏差值均值ΔR1、在下表面的偏差值均值ΔR2以及Y轴方向上预设定位点和预设定位点的实测值在上表面的偏差值均值ΔR3、在下表面的偏差值均值ΔR4，所述X轴方向与Y轴方向所在平面平行于骨架结构的上表面。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S2.3的具体操作为：

将预设定位点投影到飞行器整体坐标系中的XY平面，得到预设定位点的理论X值、理论Y值；然后将骨架结构上预设定位点的实测值投影到飞行器整体坐标系中的XY平面，得到实测X值、实测Y值；所述偏差值均值为同一表面的同一方向上所有的预设定位点的实测值减去理论值后的平均值。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3.的具体步骤为：

步骤S3.1.在所述预设在骨架结构表面的连接孔的理论点位到距离测量模块的理论距离Z导入数字化制孔设备的存储设备；

步骤S3.2.驱动数字化制孔设备利用距离测量模块测量预设在骨架结构表面的连接孔的位置的距离测量模块到骨架结构表面的实测距离C；

步骤S3.2.通过理论距离Z与实测距离C，计算得到距离偏差值c。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S4.的具体操作为：

步骤S4.1.将距离偏差值c与所要修正的点位垂直于骨架结构表面方向上的值相加，得到所有所要修正的点的修正后垂直于骨架结构表面方向上的值；

步骤S4.2.将步骤S2.3.得到的X轴方向的偏差值均值ΔR1、偏差值均值ΔR2及Y轴方向上的偏差值均值ΔR3、偏差值均值ΔR4分配到所要修正的点位中，得到所有所要修正的在X轴方向上的值和Y轴方向上的值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)全自动化操作，定位准确性高，不易出错；

(2)不用借助于数字化制孔设备以外的扫描设备，操作简单。

附图说明

图1为本发明流程总图；

图2为本发明数字化制孔设备建站具体流程图；

图3为本发明测量骨架外形特征点具体流程图；

图4为本发明测量到骨架结构表面距离的具体流程图；

图5为进行点位偏差修正的具体流程图；

图6为本发明方法所基于的零件孔位局部修正系统的各模块组成示意图；

图7为距离测量模块与轮廓测量模块安装在示意图；

图8为不同数量的距离测量模块安装示意图。

其中：110、控制模块，121、计算模块，122、数据采集模块，123、轮廓测量模块，124、距离测量模块，131、运动驱动模块，132、运动机构，133、运动反馈装置，140、显示模块，150、输入模块。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本发明提出一种骨架结构孔位局部修正方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1.进行数字化制孔设备建站，并设置轮廓测量模块和距离测量模块；

步骤S2.测量骨架结构的外形特征点；

步骤S3.测量到骨架结构表面的距离；

步骤S4.对孔位进行修正。

实施例2：

本发明在上述实施例1的基础上，如图2、图3、图4、图5所示，具体的步骤为：

S1.1.：将装配型架上预设定位点坐标导入数字化制孔设备；装配型架用于定位骨架结构，装配型架上设置了用于机床建站的靶标点，靶标点为球状，靶标点为在飞行器整体坐标系下给定位置的点。将靶标点的理论点位输入到数字化制孔设备的存储设备；

S1.2.：驱动数字化制孔设备测量装配型架上预设定位点；驱动数字化制孔设备按照规划轨迹运动到靶标点，使用安装在数字化制孔设备主轴上的接触式测量装置触碰靶标点，便可得到靶标点的实测点位。

S1.3.：理论点位与实测点位，通过计算，可将数字化制孔设备置于飞行器整体坐标系下；在实际计算过程中，通过使用最佳拟合的方式可将数字化制孔设备置于飞行器整体坐标系下。

所述的测量骨架结构外形特征点步骤S2.包括：

S2.1.：将骨架结构上预设定位点坐标导入数字化制孔设备；在所述需要定位的骨架结构的每个边上选择1-2个定位点作为预设定位点，将其在飞行器整体坐标系下导入数字化制孔设备的存储设备；

S2.2.：驱动数字化制孔设备测量骨架结构上预设定位点，测量得到骨架结构上预设定位点的实测值；驱动数字化制孔设备按照规划轨迹运动到预设定位点，使用安装在数字化制孔设备主轴上的接触式测量装置触碰骨架结构上预设定位点，便可得到预设定位点的实测值；

S2.3.：通过骨架结构上预设定位点与骨架结构上预设定位点的实测值得到各自在X轴方向的偏差值的均值ΔR1，ΔR2及相互垂直的Y轴方向上的偏差值的均值ΔR3，ΔR4，其中X轴方向与Y轴方向所在平面平行于骨架结构上表面。通过骨架结构上预设定位点与骨架结构上预设定位点的实测值得到各自在X轴方向的偏差值A及相互垂直的Y轴方向上的偏差值B，计算方法可为空间投影法，即，先将预设定位点投影到飞行器整体坐标系中的XY平面，得到理论X值与理论Y值，再将骨架结构上预设定位点的实测值投影到飞行器整体坐标系中的XY平面，得到实测X1值与实测Y1值，由此可得到A＝X1-X，B＝Y1-Y。其中，骨架轮廓在X轴方向上存在2个边界，记为R1，R2；在骨架轮廓Y轴方向上存在2个边界，记为R3，R4；各边界上均有n个预设定位点；记Ri(i＝1，2，3，4)边界上的预设点位分别为p_in(n＝1，2，3…n)，则R1边界上各点沿X轴方向上的偏差为A_11，A_12，…，A_1n；R2边界上各点沿X轴方向上的偏差为A_21，A_22，…，A_2n；R3边界上个点沿Y轴方向上的偏差为B_31，B_32，…，B_3n；R4边界上个点沿Y轴方向上的偏差为B_41，B_42，…，B_4n；则有：ΔR_1＝(A_11+A_12+…+A_1n)/n；ΔR_2＝(A_21+A_22+…+A_2n)/n；ΔR_3＝(B_31+B_32+…+B_3n)/n；ΔR_4＝(B_41+B_42+…+B_4n)/n。

所述测量到骨架结构表面距离具体步骤包括：

S3.1.：将预设在骨架结构表面的连接孔的理论点位到距离测量模块的理论距离导入数字化制孔设备；在所述预设在骨架结构表面的连接孔的理论点位到距离测量模块的理论距离导入数字化制孔设备的存储设备；理论距离计为Z；

S3.2.：驱动数字化制孔设备利用距离测量模块测量预设在骨架结构表面的连接孔的位置的距离测量模块到骨架结构表面的实测距离；实测距离计为C1；其中，距离测量模块为激光测距传感器、长度计或接近传感器中的一种；

S3.3.：通过理论距离Z与实测距离C，计算得到距离偏差值c。其中，c＝Z1-Z；其中，存在多少个预设定位点则有多少个c，计为c1、c2、c3……

所述将步骤S2.得到的偏差分配到所要修正的点位中的具体步骤包括：

S4.1.：将S3.3得到的偏差值c与所要修正的点位垂直于骨架结构表面方向上的值相加；即，若所要修正的点位为p1，垂直于骨架结构表面方向上的值为w1，则其修正后的点位为W1＝w1+c1；若所要修正的点位为p2，垂直于骨架结构表面方向上的值为w1，则其修正后的点位为W2＝w2+c2；依次，便可得到所有所要修正的点的修正后垂直于骨架结构表面方向上的值；

S4.2.：将S2.3.得到的X轴方向的偏差值ΔR1，ΔR2及Y轴方向上的偏差值ΔR3，ΔR4分配到所要修正的点位中。即，若所要修正的点位为p1，其在X轴方向上的值为u1，在X轴方向上距离R1边界的距离记为l1，距离R2边界的距离为L1，则其修正后的X轴方向上的点位为

若所要修正的点位为p1在Y轴方向上的值为v1，在Y轴方向上距离R3边界的距离记为k1，距离R4边界的距离为K1，则其修正后的Y轴方向上的点位为

若所要修正的点位为p2，X轴方向上的值为u2，则其修正后的点位为

Y轴方向上的值为v2，则其修正后的点位为

依次，便可得到所有所要修正的点的X轴方向上的值的Y轴方向上的值。便可得到修正后骨架结构表面的连接孔的位置，用于驱动数字化制孔设备进行制孔工作。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例提出了一种零件孔位局部修正装置，用于本发明修正。如图6、图7所示，所述装置包括依次连接的输入模块150、控制模块110、测量模块、数据采集模块122、计算模块121；还包括与控制模块110连接的运动装置；所述数据采集模块122、计算模块121还与控制模块110连接；所述测量模块安装在运动装置上。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述测量模块包括轮廓测量模块123、距离测量模块124；所述控制模块110分别与轮廓测量模块123、距离测量模块124连接后，再与所述数据采集模块122连接；所述轮廓测量模块123、距离测量模块124安装在数字化制孔设备主轴末端执行器上。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述运动装置包括依次连接的运动反馈装置133、运动驱动模块131、运动机构132；所述运动驱动模块131与控制模块110连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，还包括输入模块150、显示模块140；所述输入模块150分别与显示模块140、控制模块110连接；所述控制模块110还与显示模块140连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述距离测量模块124为激光传感器或长度计。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述轮廓测量模块123为接触式测量头或激光传感器或长度计。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述运动机构132为电机或气缸或液压缸或齿轮齿条或丝杠螺母。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述运动反馈装置133为编码器或光栅尺。

工作原理：本发明提供一种零件孔位局部修正装置,所述零件孔位局部修正装置包括：控制模块110、测量模块120、运动装置、显示模块140、输入装置150；其中测量模块120、运动装置、显示模块140、输入装置150均与控制模块110电连接；

测量模块120主要用于测量零件的外形特征收集数据并处理数据，包括用于测量到零件表面距离的距离测量模块124，距离测量模块124可以是激光传感器、长度计等可以反馈距离信息的装置，用于零件外形轮廓测量的轮廓测量模块123，轮廓测量模块123可以是接触式测量头、激光传感器、长度计等可以反馈位置或距离信息的装置，用于对距离测量模块124、轮廓测量模块123所测量的数据进行采集的数据采集模块122，以及用于对采集到的数据进行处理的计算模块121；

测量模块120通过连接件安装于运动装置之上，运动装置用于调整测量模块120的姿态，已达到最好的测量效果；

运动装置包括用于发送运动指令的运动驱动模块131，用于执行运动指令的运动机构132，其中运动机构132可以是电机、气缸、液压缸、齿轮齿条、丝杠螺母等可以执行运动指令的机构，以及用于实时反馈运动机构位置的运动反馈装置133，运动反馈装置133可以是编码器、光栅尺等可以得到运动机构位置的机构；

显示模块140用于显示数据采集模块122所采集的数据，显示计算模块121计算过程及计算结果，用于显示运动模块运动状态；显示模块140可以是显示器；

输入模块150用于向控制模块110输入指令，控制运动模块130运动，也可以通过输入指令修改数据采集模块122采集的数据或是计算模块121计算的结果；输入模块150可以是键盘、鼠标、触控模块、数据传输接口以及其他发出指令的按键、按钮。

工作原理：在实际使用中，输入模块150向控制模块110输入指令，如指示控制模块110测量的零件位置，或是传输控制模块110所要测量零件的外形信息或是三维数模，告诉控制模块110所要测量的零件特征，控制模块110对所得信息按预定方式进行处理后向运动驱动模块131发送目标位置指令，驱动模块131向运动机构132发送运动指令，运动机构132开始运动，与此同时，运动反馈装置133实时反馈当前位置信息，运动驱动模块131以反馈装置133实时反馈的位置信息确定驱动是否到位。运动驱动模块131确认运动机构132到位后，运动驱动模块131向运动机构132发送停止指令，运动机构132运动到位；此时控制模块110向距离测量模块124发送指令，距离测量模块124测量零件孔位局部修正装置100到零件表面的距离，数据采集模块122采集到距离数据，数据采集模块122将采集到的数据传输给控制模块110用于存储和显示当前距离，与此同时，数据采集模块122将采集到的数据传输给计算模块121用于计算当前距离L与理论距离L0之间的差值△L，并将计算结果传输给控制模块110，控制模块110将差值△L及当前距离L同时传输给显示模块140。同时，控制模块110根据差值△L驱动运动模块使零件孔位局部修正装置100与零件表面的距离处于理论距离L0下。运动到位后，控制模块110向轮廓测量模块123发送指令，轮廓测量模块123到零件的外形轮廓，数据采集模块122采集到外形轮廓数据，数据采集模块122将采集到的数据传输给控制模块110用于存储和显示当前距离，与此同时，数据采集模块122将采集到的数据传输给计算模块121用于计算当前外形轮廓与理论外形轮廓之间的差值，并将计算结果传输给控制模块110，控制模块110将差值及当前外形轮廓同时传输给显示模块140。理论外形轮廓之间的差值用于将修正零件孔位修正到实际位置。

实施例4：

本实施例在上述实施例3的基础上，进一步地，如图8所示，因为待测的表面不一定是完全与数字化制孔设备上距离测量模块124所在平面平行的，故可以设置多个距离测量模块124以进行平面调整，如图8，可以设置1-4个距离测量模块124进行调整与测量。

本实施例的其他部分与上述实施例3相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种骨架结构孔位局部修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.进行数字化制孔设备建站，并在数字化制孔设备末端执行器上安装轮廓测量模块和距离测量模块；

步骤S2.测量骨架结构的外形特征点；

步骤S3.测量距离测量模块到骨架结构表面的距离；

步骤S4.对孔位进行修正；

所述步骤S1.的具体步骤为：

步骤S1.1.使用装配型架来定位骨架结构，并在装配型架上设置用于机床建站的靶标点；将靶标点的理论点位输入到数字化制孔设备的存储设备；所述靶标点为球状，是在飞行器整体坐标系下给定位置的点；

步骤S1.2.驱动数字化制孔设备按照规划轨迹运动到靶标点，在数字化制孔设备主轴末端执行器上设置轮廓测量模块和距离测量模块，并使用轮廓测量模块和距离测量模块测量靶标点，得到靶标点的实测点位；

步骤S1.3.使用最佳拟合的方式对理论点位与实测点位进行计算，将数字化制孔设备置于飞行器整体坐标系下；

所述步骤S2.的具体步骤为：

步骤S2.1.在需要定位的骨架结构的每个边上选择多个定位点作为预设定位点，并将预设定位点构建到在飞行器整体坐标系中，并导入数字化制孔设备的存储设备；

步骤S2.2.驱动数字化制孔设备按照规划轨迹运动到预设定位点，并使用轮廓测量模块和距离测量模块测量骨架结构上预设定位点，得到预设定位点的实测值；

步骤S2.3.所述骨架结构具有一定厚度，包括上下两个平面，通过空间投影法得到在X轴方向上预设定位点的理论值和预设定位点的实测值在上表面的偏差值均值ΔR1、在下表面的偏差值均值ΔR2以及Y轴方向上预设定位点的理论值和预设定位点的实测值在上表面的偏差值均值ΔR3、在下表面的偏差值均值ΔR4，所述X轴方向与Y轴方向所在平面平行于骨架结构的上表面；

所述步骤S2.3.的具体操作为：

将预设定位点投影到飞行器整体坐标系中的XY平面，得到预设定位点的理论X值、理论Y值；然后将骨架结构上预设定位点的实测值投影到飞行器整体坐标系中的XY平面，得到实测X值、实测Y值；所述偏差值均值为同一表面的同一方向上所有的预设定位点的实测值减去理论值后的平均值；

所述步骤S3.的具体步骤为：

步骤S3.1.将预设在所述骨架结构表面的连接孔的理论点位到距离测量模块的理论距离Z导入数字化制孔设备的存储设备；

步骤S3.2.驱动数字化制孔设备，利用距离测量模块测量预设在骨架结构表面的连接孔距离距离测量模块的实测距离C；

步骤S3.3.通过理论距离Z与实测距离C，计算得到距离偏差值c；

所述步骤S4.的具体操作为：

步骤S4.1.将距离偏差值c与所要修正的点位垂直于骨架结构表面方向上的值相加，得到所有所要修正的点的修正后垂直于骨架结构表面方向上的值；

步骤S4.2.将步骤S2.3.得到的X轴方向的偏差值均值ΔR1、偏差值均值ΔR2及Y轴方向上的偏差值均值ΔR3、偏差值均值ΔR4分配到所要修正的点位中，得到所有所要修正的点在X轴方向上的值和Y轴方向上的值。

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