CN111889730B - 面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞机部件制孔技术领域，具体公开了面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，以控制孔边距误差为目标，基于机器人制孔设备的综合加工精度，以基准孔加工误差为约束条件，计算出基准孔的最大允许设置距离。本发明的有益效果是本发明能够有效的指导基准孔间距的设置，对使用机器人制孔设备加工大型弱刚性飞机部件的连接孔具有重要的意义；有效的解决了由于需要加工的基准孔过多影响总体装配效率，降低机器人的有效利用率的问题；能够有效的控制基准孔的间距设置，有效的避免孔边距超差。

Description

面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法
技术领域
本发明涉及飞机部件制孔技术领域，具体的说，是面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法。
背景技术
飞机部件装配时，受零件加工误差、工装定位误差、装配工艺不合理、应力释放等因素的综合影响，导致实物与理论数模偏差较大，产品装配一致性较差。尤其是当飞机部件尺寸较大、刚性较弱时，实物与数模的偏差会更大。在部件装配时，连接孔的加工是工作占比最高的环节，且孔边距的误差控制对部件结构强度甚至整个飞机的使用寿命都有重要的影响。
传统人工制孔方式在加工效率、制孔质量一致性方面都有严重缺陷，容易出现“8”形孔、孔边距超差等问题。机器人制孔设备是取代传统人工制孔的新手段，在制孔质量一致性和效率方面优势明显。但对于装配一致性差且弱刚性易变形的飞机部件，机器人按照理论数模编程加工将造成较大的孔位误差，对于尺寸较大的部件将直接超过孔边距的公差要求，造成产品质量超差甚至报废。
当前常用的方法是在部件中零件的两端设置基准孔，机器人在制孔时先利用末端执行器上的相机找到基准孔的位置，再来修正两个基准孔之间其它连接孔的位置，如附图2所示。当前基准孔设置只是根据人工经验，缺乏方法指导，导致两类问题：一是基准孔间距设置过近，导致需要加工的基准孔过多，既影响总体装配效率，又降低了机器人的有效利用率；二是基准孔间距设置过大，零件在基准孔之间的最大变形量过大，导致孔边距超差，如附图3 所示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，有效的减小孔位误差，降低产品因超差而报废的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，以控制孔边距误差为目标，基于机器人制孔设备的综合加工精度，以基准孔加工误差为约束条件，计算出基准孔的最大允许设置距离。
进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：
步骤S1：测试机器人制孔系统的综合定位精度；
步骤S2：测量基准孔的位置偏差；
步骤S3：根据孔边距公差，计算零件的最大变形量；
步骤S4：以零件数量为单元测量每个零件的变形量和基准跨度，并以最小二乘法拟合生成直线；得到零件的最大变形量与基准跨度的关系；
步骤S5：计算基准孔位置的最大允许设置距离。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述零件的最大变形量为Efr；|Efr|＝|Et|-|Erb|-|Emh|；
其中：Et为孔边距公差；
Erb为定位精度；
Emh为基准孔的位置偏差。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述零件的变形量与基准跨度的函数关系为：E＝a*L+b；
其中:E为零件的变形量；L为基准跨度。
进一步地，为了更好的实现本发明，最大允许设置距离为
Figure BDA0002540094640000021
进一步地，为了更好的实现本发明，所述机器人制孔系统的综合定位精度包括机器人定位误差Elc和末端执行器上的相机对基准孔识别的位置误差Etr。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明能够有效的指导基准孔间距的设置，对使用机器人制孔设备加工大型弱刚性飞机部件的连接孔具有重要的意义；
(2)本发明有效的解决了由于需要加工的基准孔过多影响总体装配效率，降低机器人的有效利用率的问题；
(3)本发明能够有效的控制基准孔的间距设置，有效的避免孔边距超差。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为现有技术中通过两个基准孔修正中间连接孔位置示意图；
图3为现有技术中由于基准孔间距过大导致孔边距精度超差示意图；
图4为本发明实施例6中零件最大变形量与基准点跨度的统计关系图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，以控制孔边距误差为目标，基于机器人制孔设备的综合加工精度，以基准孔加工误差为约束条件，计算出基准孔的最大允许设置距离。
需要说明的是，通过上述改进，一种面向弱刚性且装配一致性差的飞机部件的机器人制孔基准设置方法，应用在使用机器人制孔设备来加工装配一致性差的弱刚性飞机部件时，以控制孔边距误差为目标，基于机器人制孔设备的综合加工精度，以基准孔加工误差为约束条件，计算出基准孔的设置距离；利用孔边距公差减去机器人制孔设备综合加工精度，再减去基准孔加工误差，求解出零件的允许最大变形量；分析飞机部件中零件的最大允许变形量与距离尺寸的函数关系，通过零件的最大允许变形量推算出基准孔的设置间距要求；有效的降低了产品的报废率。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：
步骤S1：测试机器人制孔系统的综合定位精度；
步骤S2：测量基准孔的位置偏差；
步骤S3：根据孔边距公差，计算零件的最大变形量；
步骤S4：以零件数量为单元测量每个零件的变形量和基准跨度，并以最小二乘法拟合生成直线；得到零件的最大变形量与基准跨度的关系；
步骤S5：计算基准孔位置的最大允许设置距离。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述零件的最大变形量为Efr；|Efr|＝|Et|-|Erb|-|Emh|；
其中：Et为孔边距公差；
Erb为定位精度；
Emh为基准孔的位置偏差。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述零件的变形量与基准跨度的函数关系为：E＝a*L+b；
其中:E为零件的变形量；L为基准跨度。
进一步地，为了更好的实现本发明，最大允许设置距离为
Figure BDA0002540094640000041
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述机器人制孔系统的综合定位精度包括机器人定位误差Elc和末端执行器上的相机对基准孔识别的位置误差Etr。
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例6：
本实施例为对待加工飞机机翼实现机器人制孔的具体实施，下面结合发明人团队所开发的一套机器人制孔系统和一个待加工的飞机机翼，对本发明做进一步的说明。
步骤一：测试机器人制孔系统的综合定位精度，主要由机器人定位误差Elc和末端执行器上的相机对基准孔识别的位置误差Etr组成，即|Erb|≈|Elc|+|Etr|。
其中机器人定位器误差Elc＝±0.3mm，基准孔识别误差Etr＝±0.1mm，因此机器人制孔综合定位精度Erb＝±0.4mm。
步骤二：测量基准孔的位置偏差Emh，本案例中零件上的基准孔是使用数控机床加工的，加工的孔位精度可达到Emh＝±0.1mm。
步骤三：孔边距公差要求Et≠0.9mm，因此可计算出零件所允许的最大变形量Efr满足 |Efr|＝|Et|-|Erb|-|Emh|，即Efr＝±0.4mm。
步骤四：分析验证对象的零件变形量E与与基准距离L的函数关系，如附图4所示，可得E＝0.0005*L+0.1。
步骤五：计算出基准孔设置的最大允许距离，即基准孔设置的最大间距不能超过
Figure BDA0002540094640000042
本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。
实施例7：
本实施例为本发明的最佳实施例，图1所示，
面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，以控制孔边距误差为目标，基于机器人制孔设备的综合加工精度，以基准孔加工误差为约束条件，计算出基准孔的最大允许设置距离；具体包括以下步骤：
步骤S1：测试机器人制孔系统的综合定位精度；所述机器人制孔系统的综合定位精度包括机器人定位误差Elc和末端执行器上的相机对基准孔识别的位置误差Etr。
步骤S2：测量基准孔的位置偏差；
步骤S3：根据孔边距公差，计算零件的最大变形量；所述零件的最大变形量为Efr；|Efr|＝|Et|-|Erb|-|Emh|；
其中：Et为孔边距公差；
Erb为定位精度；
Emh为基准孔的位置偏差。
步骤S4：以零件数量为单元测量每个零件的变形量和基准跨度，并以最小二乘法拟合得到零件的最大变形量与基准跨度的函数关系；所述零件的变形量与基准跨度的函数关系为： E＝a*L+b；其中:E为零件的变形量；L为基准跨度，根据零件的变形量与基准跨度的关系， a为以最小二乘法拟合生成直线的斜率，b为坐标系竖轴对应的数据。
步骤S5：计算基准孔位置的最大允许设置距离；最大允许设置距离为
Figure BDA0002540094640000051
其中：E为零件的变形量；L为基准跨度。
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 (5)

1.面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，其特征在于：以控制孔边距误差为目标，基于机器人制孔设备的综合加工精度，以基准孔加工误差为约束条件，计算出基准孔的最大允许设置距离；
具体包括以下步骤：
步骤S1：测试机器人制孔系统的综合定位精度；
步骤S2：测量基准孔的位置偏差；
步骤S3：根据孔边距公差，计算零件的最大变形量；
步骤S4：以零件数量为单元测量每个零件的变形量和基准跨度，并以最小二乘法拟合生成直线；得到零件的最大变形量与基准跨度的关系；
步骤S5：计算基准孔位置的最大允许设置距离。
2.根据权利要求1所述的面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，其特征在于：所述零件的最大变形量为Efr；|Efr|＝|Et|-|Erb|-|Emh|；
其中：Et为孔边距公差；
Erb为定位精度；
Emh为基准孔的位置偏差。
3.根据权利要求2所述的面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，其特征在于：所述零件的变形量与基准跨度的函数关系为：E＝a*L+b；其中：E为零件的变形量；L为基准跨度。
4.根据权利要求3所述的面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，其特征在于：最大允许设置距离为
Figure FDA0003585514540000011
5.根据权利要求1所述的面向弱刚性飞机部件装配的机器人制孔基准设置方法，其特征在于：所述机器人制孔系统的综合定位精度包括机器人定位误差Elc和末端执行器上的相机对基准孔识别的位置误差Etr。
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