CN112498731B - 一种锯齿型壁板对接修配方法 - Google Patents

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Abstract

一种锯齿型壁板对接修配方法，含有以锯齿对接的第一锯齿壁板和第二锯齿壁板，所述的第二锯齿壁板的锯齿具有加工余量，有一个与锯齿型壁板曲率匹配定位工装，使用三维扫描设备获取第一锯齿壁板和第二锯齿壁板和测量定位孔的三维点云数据；以测量定位孔为定位基准，将第一锯齿壁板的三维点云数据和第二锯齿壁板的三维点云数据统一至同一坐标系；将第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据作为第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据；建立第二齿壁板的锯齿精修的加工路径。

Description

一种锯齿型壁板对接修配方法
技术领域
本发明涉及航空制造技术领域，具体涉及一种锯齿型壁板对接修配方法。
背景技术
许多飞机部件在装配过程中，采用锯齿状对缝连接方式。由于锯齿型壁板零件存在尺寸大、刚度小、易变形的特点，因此锯齿型壁板零件多选用复合材料蒙皮，由于的锯齿边缘轮廓铣切存在加工慢、误差大的缺陷，增大了复合材料锯齿型壁板对接装配的难度。
目前有部分研究人员结合CAD数模和实际部件两者三维点云数据的配准结果，计算得到诸如铣切余量等加工参数来指导锯齿型壁板加工。但其没有考虑到：(1)没有CAD数模时如何处理，(2)对于锯齿型壁板而言，即使有CAD数模，但相对于其他区域，加工的重点部位实际上是锯齿部，即，对于锯齿型壁板而言，不同区域的加工精度是不同的，且锯齿型部分的特征点也较难做进一步处理，(3)没有根据实际需求直接生成加工路径，仍需要后期拟合，或边精修边配准。
因此，目前亟需一种新的更加适用于锯齿型壁板的修配方法，以解决目前锯齿型壁板快速精确修配计算方面存在的技术瓶颈。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于实测数据的锯齿型壁板修配方法，能够快速计算待精修锯齿型壁板的加工路径，指导锯齿型壁板的快速精准加工，从而提高锯齿型壁板生产效率，解决了锯齿型壁板快速精确修配需求。
一种锯齿型壁板对接修配方法，含有以锯齿对接的第一锯齿壁板和第二锯齿壁板，所述的第二锯齿壁板的锯齿棱边具有加工余量，其特征在于包含以下内容:1)有一个与锯齿型壁板曲率匹配定位工装，该定位工装上设有固定第一锯齿壁板的第一固定孔和固定第二锯齿壁板的第二固定孔，在定位工装上还设有多个测量定位孔；2)将第一锯齿壁板通过第一固定孔固定在定位工装上，使用三维扫描设备获取第一锯齿壁板和测量定位孔的三维点云数据；3)将第二锯齿壁板通过第二固定孔固定在定位工装上，使用三维扫描设备获取第二锯齿壁板和测量定位孔的三维点云数据；4)以测量定位孔为定位基准，将第一锯齿壁板的三维点云数据和第二锯齿壁板的三维点云数据统一至同一坐标系；5)在该坐标系内，提取第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据；6)将第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据作为第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据；7)依据第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据,建立第二齿壁板的锯齿精修的加工路径； 8)依据加工路径对第二锯齿壁板的锯齿进行精修加工。
在上述步骤5)中，提取第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据的具体做法为：首先，计算第一锯齿壁板的三维点云数据中每个点与其相邻点的最大法线夹角，若最大法线夹角大于一定角度，则该点为锯齿棱边周围的初始数据点，这些初始数据点分布在锯齿棱边两侧的平面上；然后通过将锯齿棱边的初始数据点移动至锯齿棱边两侧平面的相交位置处，形成锯齿棱边的三维点云数据。
在定位工装的四个边角处分别设有一个测量定位孔。
以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：
(1)能够根据实测数据快速计算待精修锯齿型壁板的加工路径，指导锯齿型壁板的快速精准加工，从而提高锯齿型壁板生产效率，解决了锯齿型壁板快速精确修配计算需求。
(2)使用三维扫描技术能够提高测量精准度，对锯齿特征点收缩优化减小误差，满足精准间隙质量要求，通过特征映射技术，能够对待精修模型加工路径快速计算生成。
(3)根据映射结果，对锯齿特征点进行排序后，直接生成加工路径，避免后期再次拟合加工路径带来新的误差，同时减少了计算量。
以下结合实施例对本申请做进一步详细说明：
附图说明
图1为定位工装结构示意图。
图2为第一锯齿壁板点云数据示意图。
图3为第二锯齿壁板点云数据示意图。
图4为第一锯齿壁板点云和第二锯齿壁板点云统一坐标系结果示意图。
图5为第二锯齿壁板的锯齿精修加工路径示意图。
图中编号说明：1定位工装、2测量定位孔、3第一固孔、4第二固定孔、5 第一锯齿壁板、6第二锯齿壁板、7第一锯齿壁板锯齿棱边、8第二锯齿壁板锯齿棱边、9点云数据、10加工路径。
具体实施方式
参见附图，为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。含有以锯齿对接的第一锯齿壁板和第二锯齿壁板，所述的第二锯齿壁板的锯齿棱边具有加工余量
本发明提及一种锯齿型壁板对接修配方法，包括以下步骤：
第一、定制一个与锯齿型壁板曲率匹配定位工装1，该定位工装1上设有固定第一锯齿壁板5的第一固定孔3和固定第二锯齿壁板6的第二固定孔4，在定位工装1上还设有多个测量定位孔2，第二锯齿壁板6为待修配壁板；
定制与锯齿型壁板曲率匹配定位工装1，第一固定孔3和第二定位孔4分别用于固定第一锯齿壁板5和第二锯齿壁板6，第一锯齿壁板5为已经加工好的锯齿壁板，第二锯齿壁板6为保留加工余量的待修配壁板，即第一锯齿壁板锯齿棱边7为对接基准，第二锯齿壁板锯齿棱边8根据第一锯齿壁板锯齿棱边 7有加工余量，通过本申请找出第二锯齿壁板锯齿棱边8的精修将路径10。
实施例中在定位工装的四个边角处分别设有一个测量定位孔2，且四个测量定位孔2的中心位置不对称，便于第一锯齿壁板5的三维点云数据9和第二锯齿壁板6的三维点云数据9准确配准，图1为定位工装示意图。
第二、将第一锯齿壁板5通过第一固定孔3固定在定位工装1上，使用三维扫描设备获取第一锯齿壁板5和测量定位孔2的三维点云数据9，如图2所示；将第二锯齿壁板6通过第二固定孔4固定在定位工装1上，使用三维扫描设备获取第二锯齿壁板6和测量定位孔2的三维点云数据9如土所示。实施中，先将第一锯齿壁板5通过第一固定孔3固定在定位工装1上，使用三维扫描设备获取第一锯齿壁板5和测量定位孔2的三维点云数据，将第一锯齿壁板5取下，然后将第二锯齿壁板6通过第二固定孔4固定在定位工装1上，使用三维扫描设备获取第二锯齿壁板6和测量定位孔2的三维点云数据9，要保证点云数据9能够包含足够测量定位孔2的点和棱边的点。
第三、分别提取第一锯齿壁板5的三维点云数据9的测量定位孔2特征和第二锯齿壁板6的三维点云数据9的测量定位孔2特征，以测量定位孔2为定位基准，将第一锯齿壁板5的三维点云数据9和第二锯齿壁板6的三维点云数据9统一至同一坐标系；对每个测量定位孔2选取若干个邻近定位孔的点，采用最小二乘法将选取点拟合成圆，得到圆心，首先在每个测量定位孔的邻近处选取n个点，假设该定位圆孔的圆心为O，半径为R，设si(O，Ni)为点Ni到圆心的距离的平方，令
Figure BDA0002836582730000041
然后求F(si，R)对圆心坐标和半径的偏导数，令偏导数为0，求解得到圆心的坐标，对每个测量定位孔执行此操作，得到第一锯齿壁板三维点云数据和第二锯齿壁板三维点云数据中的所有测量定位孔特征信息；然后采用SVD分解法求出第一锯齿壁板三维点云数据中的所有测量定位孔圆心到第二锯齿壁板三维点云数据中所有测量定位孔圆心的刚性变换矩阵，将此变换矩阵对第一锯齿壁板的三维点云数据进行刚性变换，将第一锯齿壁板的三维点云数据和第二锯齿壁板的三维点云数据统一至同一坐标系，图5为第一锯齿壁板点云和第二锯齿壁板点云统一坐标系结果示意图。
第四、在该坐标系内，提取第一锯齿壁板锯齿棱边7的三维点云数据9；
为了快速获取邻近点，采用kd-tree对第一锯齿壁板的三维点云数据进行组织，获取第一锯齿壁板的每个点的邻域点集，基于邻近点集合使用PCA算法计算每个点单位法线，然后计算每个点的法线与其所有邻域点的法线的最小内积，将每个点的最小内积与设定的阈值比较，选择所有最小内积小于设定阈值的点构成初步棱边点；然后采取梯度下降法使得所有初步棱边点到其邻近棱边点的切平面的加权距离和最小，将初步棱边点收缩优化，得到精确棱边点，作为第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据。
第五、将第一锯齿壁板锯齿棱边7的三维点云数据作为第二锯齿壁板锯齿棱边8的三维点云数据9；依据第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据，对第二锯齿壁板的锯齿进行精修加工。
首先使用prim算法构造第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据的最小生成树，然后通过后序遍历获取最小生成树的最长路径，该路径所有结点对应的点形成有序点，最后将有序点中的第一个点设为起点，将有序点中的最后一个点设为终点，生成加工路径10进行精修加工，图5为加工路径示意图。

Claims (2)

1.一种锯齿型壁板对接修配方法，含有以锯齿对接的第一锯齿壁板和第二锯齿壁板，所述的第二锯齿壁板的锯齿具有加工余量，其特征在于包含以下内容:1)有一个与锯齿型壁板曲率匹配定位工装，该定位工装上设有固定第一锯齿壁板的第一固定孔和固定第二锯齿壁板的第二固定孔，在定位工装上还设有多个测量定位孔；2)将第一锯齿壁板通过第一固定孔固定在定位工装上，使用三维扫描设备获取第一锯齿壁板和测量定位孔的三维点云数据；3)将第二锯齿壁板通过第二固定孔固定在定位工装上，使用三维扫描设备获取第二锯齿壁板和测量定位孔的三维点云数据；4)以测量定位孔为定位基准，将第一锯齿壁板的三维点云数据和第二锯齿壁板的三维点云数据统一至同一坐标系；5)在该坐标系内，提取第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据,采用kd-tree对第一锯齿壁板的三维点云数据进行组织，获取第一锯齿壁板的每个点的邻域点集，基于邻近点集合使用PCA算法计算每个点单位法线，然后计算每个点的法线与其所有邻域点的法线的最小内积，将每个点的最小内积与设定的阈值比较，选择所有最小内积小于设定阈值的点构成初步棱边点；然后采取梯度下降法使得所有初步棱边点到其邻近棱边点的切平面的加权距离和最小，将初步棱边点收缩优化，得到精确棱边点，作为第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据；6)将第一锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据作为第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据；7)依据第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据,建立第二齿壁板的锯齿精修的加工路径,首先使用prim算法构造第二锯齿壁板锯齿棱边的三维点云数据的最小生成树，然后通过后序遍历获取最小生成树的最长路径，该路径所有结点对应的点形成有序点，最后将有序点中的第一个点设为起点，将有序点中的最后一个点设为终点，生成加工路径进行精修加工；8)依据加工路径对第二锯齿壁板的锯齿进行精修加工。
2.如权利要求1所述的锯齿型壁板对接修配方法，其特征在于，在定位工装的四个边角处分别设有一个测量定位孔。
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