CN112880558A - 一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台使用方法 - Google Patents

一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台使用方法 Download PDF

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康永刚
任昊迪
陈希多
陈明远
来云峰
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Abstract

本发明涉及一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台使用方法，包括：照相测量部分、筒段支撑调姿部分、激光测量部分、照相标定架部分以及底座。用于验证飞机总装对接装配偏差分析软件的虚拟仿真平台。该平台通过激光轮廓传感器获取筒段表面外形数据，通过工业相机获取筒段端面上的关键特征点的位置信息，通过六轴支撑调姿结构对动部件进行六自由度运动控制，可以实现实测数据下的偏差测量，以实现验证装配偏差分析软件的功能。同时本发明也可以用来为实际工程中该类型大部件总装对接装配偏差预测提供研究基础与技术验证。

Description

一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台使用方法
技术领域
本发明属于飞机装配偏差预测领域，涉及一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台及使用方法，用于验证飞机总装对接装配偏差预测软件的虚拟仿真平台。
背景技术
飞机是一种外形复杂、零部件数量巨大、协调关系复杂的产品。飞机装配过程中，对接装配质量的优劣直接影响着整架飞机的装配准确度。机身由框、桁架、蒙皮、横梁等结构组成，但是受自身结构特点、部件刚度低、加工制造误差以及对接装配时采取的工装装夹定位方式等因素的影响使得实际部件外形与理论制造模型之间存在一定偏差，该偏差伴随着装配过程产生、传递和累积，在对接过程中受端面平行度及垂直度公差的影响，协调关系复杂，存在对缝阶差和对缝间隙等问题，需要反复试装且效率低，难以准确预测装配偏差。
随着数字孪生概念的提出以及现代先进测量技术的发展，可通过三维数字化测量设备获得较高精度的零件表面数据，构建能够一一映射零件的真实状态信息的数字孪生模型，以数学分析的方法预测实际工况下的零件装配完成后的关键特征点的精度，这在一定程度上节约了成本和时间，对提高飞机的装配准确度以及指导后续的装配工作具有重要的意义。但基于数字孪生技术的应用仍停留在概念的描述层面，现还没有文献研究数字孪生在实际装配体偏差预测方面实现的技术方法。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台使用方法，基于数字孪生技术的六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，以两段筒体对接比例样件来模拟实际飞机对接装配，用来为实际工程中该类型大部件总装对接装配偏差预测提供研究基础与技术验证。
技术方案
一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于包括位于底座5的平台上的照相测量部分1、筒段支撑调姿部分2和激光测量部分3；所述照相测量部分1结构为：直线滑移台10位于底座5上，相机立柱8通过立柱滑块9安装于直线滑移台10上，相机横梁6安装于相机立柱8上，相机横梁6上设有相机撑杆7，撑杆7的两端设有相机座滑块13，工业相机11通过相机座12固定在相机座滑块13上；所述筒段支撑调姿部分2结构为：静支撑台15和动支撑底座23与直线滑移台10平行安装，静支撑台15上设有静筒段14，动支撑底座23上依次为电动升降台22、三坐标转动角位移台21、单坐标电动位移台二20、单坐标电动位移台一19、动支撑台18和动筒段17；所述激光测量部分3的结构为：支撑底座24位于静支撑台15和动支撑底座23一侧，且平行安装，直线模组28安装在支撑底座24上，传感器立柱25安装于直线模组28上，激光轮廓传感器27通过传感器支座26安装于传感器立柱25上。
还包括照相标定架部分4，结构为：标定架31上设有标定架横梁29，标定架横梁29上两侧各固定安装一个标定板30；使用时，设于支撑底座24位于静支撑台15和动支撑底座23的侧边。
所述静筒段14和动筒段17的拍照端面分别加工有销孔和定位槽16。
所述相机座滑块13在相机撑杆7上能够转动和滑动。
所述工业相机11采用Balser工业相机。
所述激光轮廓传感器27采用Gocator 3D激光轮廓传感器。
一种所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台的使用方法，其特征在于：
步骤1:激光扫描
调整传感器支座26至合适高度，启动激光轮廓传感器27和直线模组28，激光轮廓传感器27随传感器立柱25水平移动，对静筒段14和动筒段17进行激光扫描来获取筒段的表面外形数据；
步骤2:标定相机
以筒段的端面特征点16为参考，调整标定架横梁29的高度，再依次调节立柱滑块9的位置、相机横梁6的高度、相机座滑块13的位置、相机座12的旋转角度，实现两个工业相机11的对称标定；
步骤3：筒段调姿
通过电动平移台一19、电动平移台二20、电动角位移台21和电动升降台22控制动筒段17的姿态和位置，将动筒段17与静筒段14进行装配对接；
步骤4：照相测量
在步骤3进行过程中，工业相机11对特征点16进行拍照，通过工业相机11的配套软件实现对特征点装配偏差的测量。
有益效果
本发明提出的一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台使用方法，用于验证飞机总装对接装配偏差分析软件的虚拟仿真平台。该平台通过激光轮廓传感器获取筒段表面外形数据，通过工业相机获取筒段端面上的关键特征点的位置信息，通过六轴支撑调姿结构对动部件进行六自由度运动控制，可以实现实测数据下的偏差测量，以实现验证装配偏差分析软件的功能。同时本发明也可以用来为实际工程中该类型大部件总装对接装配偏差预测提供研究基础与技术验证。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图中：1.照相测量部分；2.筒段支撑调姿部分；3.激光测量部分；4.照相标定架；5.底座。
图2是照相测量结构示意图；
图中：6.相机横梁；7.相机撑杆；8.相机立柱；9.立柱滑块；10.直线滑移台；11.工业相机；12.相机座；13.相机座滑块。
图3是筒段支撑调姿结构示意图；
图中：14.静筒段；15.静支撑台；16.特征点；17.动筒段；18.动支撑台；19.电动平移台1；20.电动平移台2；21.电动角位移台；22.电动升降台；23.动支撑底座。
图4是激光测量结构示意图；
图中：24.支撑底座；25.传感器立柱；26.传感器支座；27.激光轮廓传感器；28.直线模组。
图5是照相标定架结构示意图；
图中：29.标定架横梁；30.标定板；31.标定架。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明具体通过以下技术方案实现：
六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，所述平台主要包括：照相测量部分、筒段支撑调姿部分、激光测量部分、照相标定架部分以及底座，整体结构示意图如图1所示。照相测量部分用于获取部件上的关键特征点的位置信息；筒段支撑调姿部分用于准确控制对接部件的位置和姿态；激光测量部分用于获取部件表面外形数据；照相标定架部分用于对照相测量部分进行标定修正。
1.所述照相测量部分，采用Balser工业相机，整体安装于直线滑移台上，用于获取部件上的关键特征点的位置信息。所述照相测量部分的结构为：直线滑移台安装于整体结构的底座上，相机立柱安装于直线滑移台上，可实现左右滑移调整位置，相机横梁安装于相机立柱上，可进行高度调整，相机横梁上安装有相机撑杆，用于两个工业相机的对称固定。工业相机通过相机座安装在相机座滑块上，相机座可以在相机座滑块上转动，相机座滑块可以在相机撑杆上转动以及滑动，实现相机的俯仰角和偏航角的调节，其结构示意图如图2所示。
2.所述筒段支撑调姿部分，包含一个三坐标转动角位移台和三个单坐标电动位移台，用于控制部件的六个方向自由度，以实现对接部件的位置和姿态的准确控制。所述筒段支撑调姿部分结构为：静支撑台和动支撑底座安装在整体结构的底座上，静筒段安装在静支撑台上，动支撑台通过调姿平台安装在动支撑底座上，动筒段安装在动支撑台上。所述调姿平台包括一个三坐标转动角位移台和三个单坐标电动位移台，静筒段和动筒段的拍照端面分别加工有销孔和定位槽，作为特征点用于相互之间的配合，其结构示意图如图3所示。
3.所述激光测量部分，采用Gocator 3D激光轮廓传感器，用于获取部件表面外形数据。其工作原理为：首先确定工作状态下的扫描速度，根据筒段的外形大小确定视场轮廓等一系列的参数，将摄像头捕获的信息在软件中进行细化、离散等操作，最后对得到的三维空间中的数据点过滤、拟合生成三维图形。所述激光测量部分的结构为：支撑底座安装在整体结构的底座上，直线模组安装在支撑底座上，传感器立柱安装于直线模组上，激光轮廓传感器通过传感器支座安装于传感器立柱上，传感器支座可沿传感器立柱上下移动进行高度调节，直线模组中的运动控制器及伺服电机可驱动激光轮廓传感器沿水平方向平移，其结构示意图如图4所示。
4.所述照相标定架部分，用于对照相测量部分进行标定修正。因为在进行照相测量时，首先需要对工业相机的亮度、对比度、采集控制等参数进行设置。照相测量部分采用两个相机进行照相测量，根据投影变换等转换理论对两个工业相机进行标定修正。所述照相标定架部分的结构为：标定架安装于整体结构自底座上，标定板为单面工作，因此在标定架横梁上两侧各固定安装一个标定板，标定架横梁安装在标定架上，可调节高度以适应现场情况，其结构示意图如图5所示。

Claims (8)

1.一种六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于包括位于底座(5)的平台上的照相测量部分(1)、筒段支撑调姿部分(2)和激光测量部分(3)；所述照相测量部分(1)结构为：直线滑移台(10)位于底座(5)上，相机立柱(8)通过立柱滑块(9)安装于直线滑移台(10)上，相机横梁(6)安装于相机立柱(8)上，相机横梁(6)上设有相机撑杆(7)，撑杆(7)的两端设有相机座滑块(13)，工业相机(11)通过相机座(12)固定在相机座滑块(13)上；所述筒段支撑调姿部分(2)结构为：静支撑台(15和动支撑底座(23)与直线滑移台(10)平行安装，静支撑台(15)上设有静筒段(14)，动支撑底座(23)上依次为电动升降台(22)、三坐标转动角位移台(21)、单坐标电动位移台二(20)、单坐标电动位移台一(19)、动支撑台(18)和动筒段(17)；所述激光测量部分(3)的结构为：支撑底座(24)位于静支撑台(15)和动支撑底座(23)一侧，且平行安装，直线模组(28)安装在支撑底座(24)上，传感器立柱(25)安装于直线模组(28)上，激光轮廓传感器(27)通过传感器支座(26)安装于传感器立柱(25)上。
2.根据权利要求1所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于：还包括照相标定架部分(4)，结构为：标定架(31)上设有标定架横梁(29)，标定架横梁(29)上两侧各固定安装一个标定板(30)；使用时，设于支撑底座(24)位于静支撑台(15)和动支撑底座(23)的侧边。
3.根据权利要求1所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于：所述静筒段(14)和动筒段(17)的拍照端面分别加工有销孔和定位槽(16)、
4.根据权利要求1所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于：所述相机座滑块(13)在相机撑杆(7)上能够转动和滑动。
5.根据权利要求1所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于：所述电动升降台(22)在动支撑底座(23)能够滑动。
6.根据权利要求1所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于：所述工业相机(11)采用Balser工业相机。
7.根据权利要求1所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台，其特征在于：所述激光轮廓传感器(27)采用Gocator 3D激光轮廓传感器。
8.一种权利要求1～7任一项所述六轴大部件筒段对接虚拟仿真台的使用方法，其特征在于：
步骤1:激光扫描
调整传感器支座(26)至合适高度，启动激光轮廓传感器(27)和直线模组(28)，激光轮廓传感器(27)随传感器立柱(25)水平移动，对静筒段(14)和动筒段(17)进行激光扫描来获取筒段的表面外形数据；
步骤2:标定相机
以筒段的端面特征点(16)为参考，调整标定架横梁(29)的高度，再依次调节立柱滑块(9)的位置、相机横梁(6)的高度、相机座滑块(13)的位置、相机座(12)的旋转角度，实现两个工业相机(11)的对称标定；
步骤3：筒段调姿
通过电动平移台一(19)、电动平移台二(20)、电动角位移台(21)和电动升降台(22)控制动筒段(17)的姿态和位置，将动筒段(17)与静筒段(14)进行装配对接；
步骤4：照相测量
在步骤3进行过程中，工业相机(11)对特征点(16)进行拍照，通过工业相机(11)的配套软件实现对特征点装配偏差的测量。
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