CN112025722A - C型自动钻铆设备及工件法向测量和调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种C型自动钻铆设备及工件法向测量和调整方法，C型自动钻铆设备，包括C型框架、下末端执行器、工业机器人、上末端执行器；下末端执行器与C型框架的一个自由端相连，上末端执行器与C型框架的另一个自由端相连；工业机器人通过快换接口连接加工工件，工业机器人采用6自由度串联机器人。通过上末端执行器压力脚组件实现法向测量，通过6轴工业机器人抓持快换工装和工件运动实现法向调整功能。完成非接触式法向测量后，机器人带动工件绕加工点坐标轴旋转实现工件与加工刀具垂直的目的。针对机器人外部固定TCP的加工条件，实现机器人抓取工件法向调整时加工点位置不会随运动调整发生移动，避免了法向调整引起的制孔定位误差。

Description

C型自动钻铆设备及工件法向测量和调整方法

技术领域

本发明涉及飞机数字化装配自动钻铆技术领域，具体地，涉及一种C型自动钻铆设备及工件法向测量和调整方法。

背景技术

传统机器人钻铆系统多采用将工件置于工装上装夹定位，在工装两侧布置铆接机器人、顶铆机器人以及末端执行器，通过双机器人协同配合实现铆接功能。传统机器人钻铆系统工件固定不动，外部铆接机器人及末端执行器实现法向测量和法向调整功能，内部铆接机器人做跟随运动，确保其末端执行器的工具与外部铆接机器人的末端执行器工具同轴。内、外铆接机器人的相对位置则通过标定实现。

传统机器人钻铆系统需要配置2台机器人来实现钻铆功能，且需要进行借助跟踪仪等测量设备标定来完成协同功能，标定误差以及双机器人的定位误差都影响协同精度，直接影响铆接质量。同时由于工件采用人工安装方式在装配型架上进行定位装夹，传统设备无法实现工件的自动更换。

传统C型铆接机采用数控托架配合钻铆末端用于产品加工。数控托架占地需求面积大，同时需要人工吊装和固定方式定位加工工件，产品上架过程繁琐。数控托架少于6个自由度，法向测量调整过程需要数控托架和末端执行器共同运动来完成，引入设备运动误差。

专利文献CN102284956A公开了自动钻铆机器人的法向找正方法,所使用的装置包括四个激光位移传感器、模拟量输入模块以及计算机,四个激光位移传感器安装在机器人的末端执行器上,并通过输入模块连接计算机,计算机连接机器人控制器。该方法首先建立机器人坐标系,并在机器人末端执行器上建立工具坐标系,获取机器人到达TCP时的坐标,然后测量传感器与目标表面之间的距离,计算出机器人目标姿态相对于当前姿态的偏差角,最后计算出机器人应调整到的目标姿态,将该姿态传输给机器人控制器完成法向找正。但是上述专利文献中，为了将四个激光位移传感器测量点聚集在小局部平面内，采用超过45度的大倾斜角安装，入射角度越大，测量误差越大。对于不同材质的加工件表面，大测量入射角甚至会出现无法获取测量结果的情况。此外，上述法向测量和调整方法仅适用于工件位置固定不动、末端执行器(刀具位置)可随机器人移动进行调整法向的方案，而对于末端执行器位置固定不动、工件移动的情况下，该发明无法适用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种C型自动钻铆设备及工件法向测量和调整方法。

根据本发明提供的一种C型自动钻铆设备，包括C型框架、下末端执行器、工业机器人、上末端执行器；

下末端执行器与C型框架的一个自由端相连，上末端执行器与C型框架的另一个自由端相连；

工业机器人通过快换接口连接加工工件的工装框架，工业机器人采用6自由度串联机器人。

优选地，所述上末端执行器设置有压力脚部件，所述压力脚部件包括全反射棱镜、激光位移传感器、压力板、压力脚碗口；

全反射棱镜、激光位移传感器均安装在压力板上，压力脚碗口位于压力板的中心位置，激光位移传感器与压力脚碗口端面水平设置；

全反射棱镜设置在激光位移传感器靠近压力脚碗口的一侧，使得激光位移传感器的测量激光线经过全反射棱镜进行90°反射至加工工件的表面。

优选地，所述压力脚部件还包括接触式对刀仪、注胶接口、压紧气缸、吸尘管路接口、压力脚安装板；

接触式对刀仪安装于压力脚安装板的侧边，可实现钻铆设备末端更换钻头后的快速对刀功能。

注胶接口通过支架固定在压力脚安装板内侧，通过气缸驱动实现设备制孔后的窝口点胶功能。

压紧气缸安装于压力脚安装板上，通过4个气缸驱动压力板，实现压力脚碗口向前伸出并压紧工件，其压紧力可调节。

吸尘管路接口固定在压力板上，吸尘管路一端在压力板和压力脚碗口形成的空腔内，实现钻孔过程中金属切屑以及碳纤维复合材料粉尘的收集。

压力脚安装板通过上下两端螺钉孔安装在末端执行器上，用于固定压力脚部件的其余零部件。

优选地，所述激光位移传感器设置有4个，围绕压力脚碗口四周呈两两对称设置，每个激光位移传感器靠近压力脚碗口的一侧均设置有全反射棱镜。

根据本发明提供的一种工件法向测量方法，用于上述的C型自动钻铆设备，包括如下步骤：

步骤S1：通过C型框架将下末端执行器和上末端执行器分别上移和下移，使得下末端执行器和上末端执行器移动至安全位置，工业机器人抓取加工工件，依据离线编程程序将制孔点移动至待测量位置；

步骤S2：将上末端执行器下移，使得压力脚碗口的端面与加工工件表面之间的距离达到激光位移传感器的检测距离；

步骤S3：通过激光位移传感器的测量读数，计算出加工工件上的测量点在工具坐标系下的三维坐标，通过三维坐标求出在工具坐标系下测量点的法向向量。

优选地，所述工具坐标系的坐标系原点设置在压力脚碗口端面上的碗口中心点；

将过碗口中心点的主轴刀具进给方向设为坐标系X轴方向，X轴与压力脚碗口端面垂直；

将激光位移传感器形成的对称平面与碗口端面的交线设置为坐标系Y轴方向；

将过原点且与X轴、Y轴垂直设置为坐标系Z轴方向，Z轴正方向满足右手定则。

优选地，取平面校准工装与压力脚碗口重合时激光位移传感器的读数置为测量零点位置，加工工件上的测量点在工具坐标系下的x_i即为传感器测量长度l_i，下标i＝1,2,3,4；

在工具坐标下激光传感器测量点P_i的坐标值如下：

P_i＝(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,4)

任意两点P_i和P_j所组成的向量P_iP_j表达式如下：

则向量P₁P₂、P₁P₃、P₂P₄、P₃P₄的坐标如下：

P₁P₂＝(x₂-x₁,y₂-y₁,z₂-z₁)

P₁P₃＝(x₃-x₁,y₃-y₁,z₃-z₁)

P₂P₄＝(x₄-x₂,y₄-y₂,z₄-z₂)

P₃P₄＝(x₄-x₃,y₄-y₃,z₄-z₃)

P₁，P₂，P₃三点组成平面法向量为V₁，将三点坐标值带入可得：

V₁＝P₁P₃×P₁P₂

P₂，P₃，P₄三点组成平面法向量为V₂，三点将坐标值带入可得：

V₂＝P₂P₄×P₃P₄

通过P₁，P₂，P₃，P₄组成的平面近似法向v如下：

将法向向量v进行标准化v＝(a,b,c)，即为工具坐标系下的当前工件加工点区域平面的实际法向。

根据本发明提供的一种工件法向调整方法，用于上述的C型自动钻铆设备，其特征在于，通过工件当前加工点局部坐标系和工具坐标系之间、工具坐标系和设备坐标系之间、设备坐标系和机器人底座坐标系之间的齐次变换矩阵关系，自动求得工件当前加工点局部坐标系在机器人底座坐标系下的位姿矩阵，使得机器人可以相对工件当前加工点局部坐标系进行运动；机器人抓取工装和工件，绕当前工件当前加工点局部坐标系的坐标轴旋转调整，使刀具轴线方向与工件法向重合，完成法向调整；进行法向调整时，工件绕当前加工点进行旋转，以保证最终工件加工孔圆心位置不变。

优选地，所述工件当前加工点局部坐标系的坐标系原点采用待加工圆孔的圆心点，法向调整前，工件当前(法向调整前)加工点局部坐标系的X、Y、Z轴方向与工具坐标系的X、Y、Z轴方向相同；

在工具坐标系下，可设工件当前加工点局部坐标系的原点坐标为O_W(h,0,0),h可通过4个激光位移传感器的测量长度l₁、l₂、l₃、l₄求得，计算如下：

由空间坐标系变换关系可推得，工件当前加工点局部坐标系在工具坐标系下的变换

transx(h)表示沿X轴平移h；

优选地，所述机器人抓取工装和工件，绕工件当前加工点局部坐标系的坐标轴旋转调整是绕工件当前加工点局部坐标系的Z、Y轴分别旋转α,β角度，α，β求解如下：

α＝sin^-1(-b)

其中，a,b,c是在工件当前加工点局部坐标系下加工件表面的法向向量，而由于工件当前加工点局部坐标系与工具坐标系的方向完全一致，工具坐标系下的法向向量与工件当前加工点局部坐标系的法向量相同。

优选地，在法向调整的同时，可令机器人抓取工装和工件，沿工件当前加工点局部坐标系的X轴平移-h的距离，使法向调整完成后工件当前加工点局部坐标系原点和工具坐标系原点重合。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明设备通过设置激光位移传感器与压力脚碗口端面水平布置，使得压力脚部件轴向结构尺寸紧凑，缩短了上末端执行器各功能模块进给行程需求，从而简化上末端执行器的结构设计。与传统激光位移传感器平行压力脚轴线布置的方案星币，测量激光点与压力脚轴线的距离更近，使得法向测量的结果更加接近加工点处真实法向；

2、本发明通过机器人抓取工件，实现工件上加工点的定位和法向调整，相比传统数控托架，成本更低、占地面积更小、灵活性更强；

3、本发明采用4个激光位移传感器发射后的测量值，进行工件法向测量，操作方式简单，易于推广；

4、本发明创建动态工件当前加工点局部坐标系，通过工件当前加工点局部坐标系和机器人底座坐标系之间的变换矩阵关系，实现机器人抓取工装及工件进行法向调整，同时调整时钻孔圆心点始终保持不变；

5、本发明基于动态工件当前加工点局部坐标系，进行法向调整角度(α,β)求解，从而实现法向调整；

6、本发明采用机器人抓取工装和工件的方式进行制孔铆接工作，并在工装和机器人上设置快换接口，可实现不同产品的自动更换，提高了产品制造的柔性和上下架的效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为C型铆接机整体示意图。

图2为压力脚部件组成示意图。

图3为压力脚法向测量原理示意图。

图4为C型钻铆设备坐标系原理图。

图中示出：

C型框架1 激光位移传感器8

下末端执行器2 压力板9

加工工件3 压力脚安装板10

工业机器人4 注胶模块11

上末端执行器5 压紧气缸12

接触式对刀仪6 压力脚碗口13

全反射棱镜7 吸尘管路接口14

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明主要应用在飞机数字化装配自动钻铆领域，具备对飞机零部件表面进行曲面的法向测量和调整，进而完成在飞机零部件上的钻孔和铆接功能。针对双机器人协同标定难的问题以及飞机舱门类部件的钻铆自动化需求，设计了一种C型钻铆设备，C型铆接设备用于实现法向测量、制孔和铆接工作，机器人通过快换接头连接工装及工件。通过上末端执行器压力脚组件实现法向测量，通过6轴工业机器人抓持快换工装和工件运动实现法向调整功能。设备完成非接触式法向测量后，机器人带动工件绕加工点坐标轴旋转实现工件加工点表面与加工刀具垂直的目的。并且，针对机器人外部固定TCP的方案，开发一种新的法向测量和调整算法，可保证机器人抓取工件法向调整时加工点位置不会随运动调整发生移动，避免了法向调整引起的制孔定位误差。

如图1、图2所示，C型自动钻铆设备包括C型框架1、下末端执行器2、加工工件3、工业机器人4、上末端执行器5。其中，上末端执行器5中的压力脚部件主要由接触式对刀仪6、全反射棱镜7、激光位移传感器8、压力板9、压力脚安装板10、注胶接口11、压紧气缸12、压力脚碗口13、吸尘管路接口14组成。激光位移传感器8与压力脚碗口端面采用水平布置，通过全反射棱镜7反射激光测量线来测量工件表面。激光位移传感器8采用高精度激光位移传感器。工业机器人4采用6自由度串联机器人，优选地，工业机器人4可以采用并联机器人。加工工件3通过快换接口连接机器人，方便产品更换。接触式对刀仪安装于压力脚安装板的侧边，可实现钻铆设备末端更换钻头后的快速对刀功能。注胶接口通过支架固定在压力脚安装板内侧，通过气缸驱动实现设备制孔后的窝口点胶功能。压紧气缸安装于压力脚安装板上，通过4个气缸驱动压力板，实现压力脚碗口向前进给并压紧工件，其压紧力可调节。吸尘管路接口固定在压力板上，吸尘管路一端在压力板和压力脚碗口形成的空腔内，实现钻孔过程中金属切屑以及碳纤维复合材料粉尘的收集。压力脚安装板通过上下两端螺钉孔安装在末端执行器上，用于固定压力脚部件的其余零部件。

C型自动钻铆设备主要用于飞机零部件的自动化制孔和铆接工作，具备法向测量和法向调整功能。

在进行法向测量时，在压力脚碗口四周对称布置4个激光位移传感器8，激光位移传感器8的测量激光线经过全反射棱镜7进行90°反射至加工工件3的表面。通过激光位移传感器8测量读数，获取加工工件3表面上的4点实际坐标。通过4点拟合平面，获取加工工件3的法向方向，从而实现法向测量功能。

法向测量的工作顺序如下：

步骤a：C型框架中上下末端执行器分别上移和下移，移动至安全位置。机器人抓取加工工件，依据离线编程程序将制孔点位移动至待测量位置。

步骤b：上末端执行器下移，使压力脚碗口端面距离工件表面约10mm左右的距离，此距离为传感器的检测距离。

步骤c：通过4个激光位移传感器的测量读数，可计算出工件上4个测量点在工具坐标系下的三维坐标。通过获取的点坐标值可求出工具坐标系下局部4点平面的法向向量。算法原理及流程介绍如下：

如图3所示，首先建立工具坐标系{TCP}，坐标系原点设置在压力脚碗口端面上，也即碗口中心点；过碗口中心点，主轴刀具进给方向即为坐标系X轴方向，X轴与压力脚碗口端面垂直；以碗口中心点为中心，对4个激光位移传感器进行编号，位于压力脚碗口的右上方为第一激光位移传感器，位于压力脚碗口的右下方为第二激光位移传感器，位于压力脚碗口的左上方为第三激光位移传感器，位于压力脚碗口的左下方为第四激光位移传感器。将第一激光位移传感器和第三激光位移传感器组成的平面与第二激光位移传感器和第四激光位移传感器组成的平面相对称的对称平面与碗口端面的交线设置为Y轴方向，靠近第一激光位移传感器的一侧为Y轴正方向。将过原点且与X轴、Y轴垂直设置为坐标系Z轴，Z轴正方向满足右手定则。

在工具坐标系{TCP}下，4个激光位移传感器在工件表面上的测量点分别为P_i(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,3,4)。其中y_i和z_i(i＝1,2,3,4)可通过设计模型获取，为已知固定参数。取平面校准工装与压力脚碗口重合，将此时传感器的读数置为测量零点位置。测量点x_i(i＝1,2,3,4)的值即为传感器测量长度l_i(i＝1,2,3,4)。此时在工具坐标下激光传感器测量点P_i的坐标值如下：

P_i＝(x_i,y_i,z_i) (i＝1,2,3,4)

任意两点P_i和P_j所组成的向量P_iP_j表达式如下：

则向量P₁P₂、P₁P₃、P₂P₄、P₃P₄的坐标如下：

P₁P₂＝(x₂-x₁,y₂-y₁,z₂-z₁)

P₁P₃＝(x₃-x₁,y₃-y₁,z₃-z₁)

P₂P₄＝(x₄-x₂,y₄-y₂,z₄-z₂)

P₃P₄＝(x₄-x₃,y₄-y₃,z₄-z₃)

P₁，P₂，P₃三点组成平面法向量为V₁，三点将坐标值带入可得：

V₁＝P₁P₃×P₁P₂

P₂，P₃，P₄三点组成平面法向量为V₂，三点将坐标值带入可得：

V₂＝P₂P₄×P₃P₄

通过4点组成的平面近似法向v

将法向向量v进行标准化v＝(a,b,c)，即为当前工件加工点区域平面的实际法向，完成法向测量功能。

在进行法向调整时，保证工件加工孔圆心位置不变，使圆心周围区域平面法向与加工刀具轴线方向(即TCP坐标系的X轴方向)重合，从而保证了设备制孔时的位置精度和垂直度要求。针对固定工具坐标系{TCP}的方式，设计了一种动态工件当前加工点局部坐标系{WCS}计算方法。通过工件当前加工点局部坐标系{WCS}和工具坐标系{TCP}之间、工具坐标系{TCP}和设备坐标系{Machine}之间、设备坐标系{Machine}和机器人底座坐标系{Base}之间的齐次变换矩阵关系，可求得加工点工件当前加工点局部坐标系{WCS}在机器人底座坐标系{Base}下的位姿矩阵。机器人抓取工装和工件，绕当前工件当前加工点局部坐标系{WCS}的坐标轴旋转调整({WCS}坐标系原点位置不变)，使刀具轴线方向与工件法向重合，即完成法向调整功能。

如图4所示，法向调整的算法原理及实现过程如下：

a.建立工件当前加工点局部坐标系{WCS}

坐标系原点：将工具坐标系{TCP}的X轴与测量点P1、P2、P3、P4拟合得到的平面交点定义为工件当前加工点局部坐标系{WCS}的原点，也是加工圆孔的圆心点。

工件当前加工点局部坐标系{WCS}的X、Y、Z轴方向与工具坐标系{TCP}的X、Y、Z轴方向相同。

在工具坐标系下，工件当前加工点局部坐标系的原点坐标为O_W(h，0，0),h可通过4个激光位移传感器的测量长度求得，计算如下：

由空间坐标系变换关系可推得，工件当前加工点局部坐标系在工具坐标系下的变换

transx(h)表示沿X轴平移h。

b.{WCS}法向调整求解

由于{WCS}是从{TCP}坐标系平移得到，在{WCS}下加工件表面的法向向量不变。

v＝(a,b,c)

刀具主轴方向与{WCS}的X轴方向相同，即主轴方向向量n＝(1,0,0)。

机器人抓取工装和工件分别绕{WCS}的Z、Y、X轴旋转α,β,γ角度，使得测量平面法向v与刀具主轴法向向量n重合。

rot_z(α)·rot_y(β)·rot_x(γ)·v＝n

rot_z(α)为欧拉旋转矩阵,表示绕z轴旋转α角度,由旋转矩阵关系可知：

由于刀具主轴方向与坐标系X轴方向重合，可令γ＝0，法向调整公式如下：

由上述公式，求解α，β如下：

α＝sin^-1(-b)

即机器人抓取工件绕当前工件当前加工点局部坐标系{WCS}的Z、Y分别旋转α,β角度，即可实现加工圆心点位置不变的情况下，将工件法向与刀具轴线重合。

特别的，在法向调整的同时，可令机器人抓取工装和工件，沿工件当前加工点局部坐标系{WCS}的X轴平移-h的距离，使法向调整完成后工件当前加工点局部坐标系{WCS}原点和工具坐标系原点重合。

求解工件当前加工点局部坐标系{WCS}与机器人底座坐标系{Base}变换矩阵，机器人可以绕工件当前加工点局部坐标系{WCS}各轴旋转的前提是需要建立工件当前加工点局部坐标系{WCS}和机器人底座坐标系{Base}之间的矩阵变换关系

此时工件当前加工点局部坐标系{WCS}可认为虚拟工具坐标系{TCP}。

表示{WCS}在{Base}下的位姿矩阵。由于{WCS}为动态坐标系，

无法通过线下标定的方式获取。根据空间坐标系的齐次变换关系，可求得

如下：

其中：

表示设备坐标系{Machine}在机器人底座坐标系{Base}下的变换矩阵；

表示工具坐标系{TCP}在设备坐标系{Machine}下的变换矩阵；

表示工件当前加工点局部坐标系{WCS}在工具坐标系{TCP}下的变换矩阵。

由于设备坐标系{Machine}、机器人底座坐标系{Base}、工具坐标系{TCP}均为固定坐标系，因此

和

可以通过标定的方式获得。

由{WCS}的定义方式可知，

通过4个激光位移传感器的距离测量值可计算出

公式如下：

将求得的

变换矩阵关系输入到机器人的控制系统中，使得机器人可以抓取工件绕着当前的工件当前加工点局部坐标系{WCS}的Z、Y分别旋转α,β角度，最终实现法向调整功能。

本发明采用三点拟合平面法，避免了采用四点拟合两组法向向量求平均值，减少单个测量误差对测量结果的影响。若出现一个测量传感器测量到工件以外区域或孔内，导致没有测量长度结果时，本发明能够通过增加算法求解逻辑，使用3个有效传感器的值来求解法向并进行调整。另外，本发明中采用全反射棱镜的布置方案，既可以将测量点紧凑布局，又由于反射后测量激光线与工件表面近乎垂直，降低了入射角引起的测量误差。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (11)

1.一种C型自动钻铆设备，其特征在于，包括C型框架(1)、下末端执行器(2)、工业机器人(4)和上末端执行器(5)；

下末端执行器(2)与C型框架(1)的一个自由端相连，上末端执行器(5)与C型框架(1)的另一个自由端相连；

工业机器人(4)通过快换接口连接加工工件(3)的工装框架，工业机器人(4)采用6自由度串联机器人。

2.根据权利要求1所述的C型自动钻铆设备，其特征在于，所述上末端执行器(5)设置有压力脚部件，所述压力脚部件包括全反射棱镜(7)、激光位移传感器(8)、压力板(9)和压力脚碗口(13)；

全反射棱镜(7)、激光位移传感器(8)均安装在压力板(9)上，压力脚碗口(13)位于压力板(9)的中心位置，激光位移传感器(8)与压力脚碗口(13)端面水平设置；

全反射棱镜(7)设置在激光位移传感器(8)靠近压力脚碗口(13)的一侧，使得激光位移传感器(8)的测量激光线经过全反射棱镜(7)进行90°反射至加工工件(3)的表面。

3.根据权利要求2所述的C型自动钻铆设备，其特征在于，所述压力脚部件还包括接触式对刀仪(6)、注胶装置(11)、压紧气缸(12)、吸尘管路接口(14)和压力脚安装板(10)；

压力脚安装板(10)安装在末端执行器上，接触式对刀仪(6)安装于压力脚安装板(10)的侧边，以实现钻铆设备末端更换钻头后的快速对刀；

注胶装置(11)通过支架固定在压力脚安装板(10)内侧，通过气缸驱动实现设备制孔后的窝口点胶；

压紧气缸(12)安装于压力脚安装板(10)上，通过4个气缸驱动压力板(9)，实现压力脚碗口(13)向前进给并压紧工件；

吸尘管路接口(14)固定在压力板(9)上，吸尘管路接口(14)的一端在压力板(9)和压力脚碗口(13)形成的空腔内，吸尘管路接口(14)的另一端为与吸尘器的连接端，以实现钻孔过程中金属切屑以及碳纤维复合材料粉尘的收集。

4.根据权利要求2所述的C型自动钻铆设备，其特征在于，所述激光位移传感器(8)设置有4个，围绕压力脚碗口(13)四周呈两两对称设置，每个激光位移传感器(8)靠近压力脚碗口(13)的一侧均设置有全反射棱镜(7)。

5.一种工件法向测量方法，用于权利要求2所述的C型自动钻铆设备，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将C型框架(1)的下末端执行器(2)下移、上末端执行器(5)上的压力脚碗口(13)缩回，使得下末端执行器(2)和上末端执行器(5)处于安全位置，工业机器人(4)抓取加工工件(3)的工装框架，依据离线编程程序将加工工件(3)的钻铆点位移动至理论待加工位置，并使压力脚碗口(13)的端面与加工工件(3)表面之间的距离处于激光位移传感器(8)的检测范围；

步骤S2：通过激光位移传感器(8)的测量读数，计算出加工工件(3)上的4个激光测量点分别在工具坐标系下的三维坐标，通过三维坐标求出在工具坐标系下加工点位的法向向量。

6.根据权利要求5所述的工件法向测量方法，其特征在于，所述工具坐标系的坐标系原点设置在压力脚伸出状态下压力脚碗口端面上的碗口中心点；

将过碗口中心点的主轴刀具进给方向设为坐标系X轴方向，X轴与压力脚碗口端面垂直；

将激光位移传感器(8)形成的对称平面与碗口端面的交线设置为坐标系Y轴方向；

将过原点且与X轴、Y轴垂直设置为坐标系Z轴方向，Z轴正方向满足右手定则。

7.根据权利要求5所述的工件法向测量方法，其特征在于，取平面校准工装与压力脚碗口重合时激光位移传感器(8)的读数置为测量零点位置，加工工件(3)上的激光测量点在工具坐标系下的x_i坐标值取传感器测量值l_i，下标i＝1，2，3，4；

在工具坐标下激光传感器测量点P_i的坐标值如下：

P_i＝(x_i，y_i，z_i)i＝1，2，3，4

任意两点P_i和P_j所组成的向量

表达式如下：

则向量

的坐标如下：

P₁，P₂，P₃三点组成平面法向量为v₁，三点将坐标值带入可得：

P₂，P₃，P₄三点组成平面法向量为v₂，三点将坐标值带入可得：

通过P₁，P₂，P₃，P₄4点组成的平面近似法向v如下：

将法向向量v进行标准化

即为当前工件加工点区域平面的实际法向，即工具坐标系下工件加工点法向。

8.一种工件法向调整方法，用于权利要求2所述的C型自动钻铆设备，其特征在于，通过工件当前加工点局部坐标系和工具坐标系之间、工具坐标系和设备坐标系之间、设备坐标系和机器人底座坐标系之间的齐次变换矩阵关系，自动求得工件当前加工点局部坐标系在机器人底座坐标系下的位姿矩阵，使得机器人可以相对工件当前加工点局部坐标系进行运动；机器人抓取工装和工件，绕工件当前加工点局部坐标系的Y、Z坐标轴旋转调整，使当前加工点局部坐标系的X轴与工具坐标系X轴重合，从而使刀具轴线方向与工件加工点法向重合，完成法向调整。

9.根据权利要求8所述的工件法向调整方法，其特征在于，法向调整前，工件当前加工点局部坐标系的X、Y、Z轴方向与工具坐标系的X、Y、Z轴方向相同；

在工具坐标系下，工件当前加工点局部坐标系的原点坐标为O_W(h，0，0)，h可通过4个激光位移传感器的测量长度l₁、l₂、l₃、l₄求得，计算如下：

由空间坐标系变换关系可推得，工件当前加工点局部坐标系在工具坐标系下的变换

transx(h)表示沿X轴平移h；

10.根据权利要求8所述的工件法向调整方法，其特征在于，所述机器人抓取工装和工件，绕工件当前加工点局部坐标系的坐标轴旋转调整是绕工件当前加工点局部坐标系的Z轴、Y轴分别旋转α、β角度，α、β求解如下：

α＝sin^-1(-b)

其中，a，b，c是在工件当前加工点局部坐标系下加工点的标准化法向向量。

11.根据权利要求8所述的工件法向调整方法，其特征在于，在法向调整的同时，可令机器人抓取工装和工件，沿工件当前加工点局部坐标系的X轴平移-h的距离，使法向调整完成后工件当前加工点局部坐标系原点和工具坐标系原点重合。

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