CN116182818A - 一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统 - Google Patents

一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116182818A
CN116182818A CN202310495587.7A CN202310495587A CN116182818A CN 116182818 A CN116182818 A CN 116182818A CN 202310495587 A CN202310495587 A CN 202310495587A CN 116182818 A CN116182818 A CN 116182818A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coordinate system
engine
aero
aeroengine
auxiliary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202310495587.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116182818B (zh
Inventor
韩嘉威
刘金炜
马国鹭
李凡
张璐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest University of Science and Technology
AVIC XAC Commercial Aircraft Co Ltd
Original Assignee
Southwest University of Science and Technology
AVIC XAC Commercial Aircraft Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest University of Science and Technology, AVIC XAC Commercial Aircraft Co Ltd filed Critical Southwest University of Science and Technology
Priority to CN202310495587.7A priority Critical patent/CN116182818B/zh
Publication of CN116182818A publication Critical patent/CN116182818A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116182818B publication Critical patent/CN116182818B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
    • G01C15/002—Active optical surveying means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/10—Manufacturing or assembling aircraft, e.g. jigs therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/005—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C23/00—Combined instruments indicating more than one navigational value, e.g. for aircraft; Combined measuring devices for measuring two or more variables of movement, e.g. distance, speed or acceleration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明属于空间位姿测量技术领域，公开了一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统，本发明在航空发动机上建立了全局坐标系、测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系，通过向辅助组件上照射激光线，并使部分激光线反射到反射基准面，从而能够得到航空发动机轴线方向的位移量、轴线方向的滚动角、翼展方向的位移量、翼展方向的偏航角、竖直方向上的位移量和竖直方向上的俯仰角，从而能够确保在航空发动机与发动机架在整个吊装过程中其位姿能够被实时测量，同时实现对发动机在吊装过程中不与机架发生碰撞。将吊装过程中的航空发动机的位姿数据同步传输给吊装工控系统进行处理。

Description

一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统
技术领域
本发明属于空间位姿测量技术领域，具体涉及一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统。
背景技术
航空发动机是飞机上体积和重量最大的机载设备，其上布置的系统附件、管路及线缆较多，形貌非常复杂。航空发动机往往布置在飞机机翼或机身尾部的整流罩或桁架中，在飞机总装配安装发动机时，需要特别关注航空发动机与其整流罩、桁架的物理干涉。为了保证载荷的有效传递，航空发动机与飞机结构的安装点往往采用多固定点的小间隙孔轴配合。因此飞机总装配需配备专门的安装设备进行安装。在航空发动机的安装过程中，发动机的位置姿态及与其他结构件的间隙往往依赖人工目视感知和经验判断，无显性化数据支撑。
在装配过程中由于航空发动机的外形结构极其复杂，分布大量非刚性连接管路，外形结构尺寸大、自身重量大，安装空间狭窄且存在大量遮挡阻隔区域，同时航空发动机上不能辅助标记等，由此给航空发动机精准、高效协同装配和风险受控带来了极大的困难和挑战。
申请号为CN201410208528的中国发明专利申请公开了“一种视觉图像引导的航空发动机数控安装方法”，该航空发动机在刚性支撑的数控机构中，采用图像传感获得数控机构的实时位姿，相对于航空发动机的位姿，通过对数控安装系统的精确调整，实现对航空发动机的对接装配，较好的解决了航空发动的数控自动装配；申请号为201310086688.5的中国发明专利申请公开了“一种基于图像传感技术的空间目标特征识别装置”中，主要基于机器视觉，结合航空发动机外型结构上的刚性结构的监测，较好解决了航空发动机的动态位姿测量。
然而，在上述的方案中，针对的是能够适应刚性支撑安装方式的航空发动机，对于需要吊装的航空发动机或构建，该刚性数控装配方法以及位姿测量方法均不能适应；另外，纯机器视觉的测量方法，更无法满足在狭窄阻隔的受限空间中对复杂巨构非刚性外型设备的空间位姿的测量，同时，机器视觉存在数据量大，实时性差的局限，不利于航空发动机碰撞风险评估预警。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统，该方法以数字量监测、反馈、控制、评价发动机的实时位置与姿态，为航空发动机的协同吊装提供实时准确的位姿数据，同时有效控制吊装过程中的碰撞风险。
为了达到上述目的，一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，包括以下步骤：
根据航空发动机轴线方向、翼展方向和竖直方向建立全局坐标系；
根据采集到的航空发动机辅助组件的二维数据，并建立测量坐标系；
投射到航空发动机辅助组件的部分光束反射至航空发动机顶部的反射基准面上，在反射基准面上建立反射基准面坐标系；
在航空发动机机架的工作面上建立工作面坐标系；
使全局坐标系、测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系的各轴平行；
对测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系相对应全局坐标系进行标定，得到测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系与全局坐标系的转换关系；
向航空发动机的翼展方向照射激光线，根据激光线照射在辅助组件上的距离，结合测量坐标系，得到航空发动机的翼展方向下在激光线照射在辅助组件上的距离，从而获取航空发动机轴线方向的位移量、航空发动机在翼展方向的位移量以及航空发动机在翼展方向的偏航角；
根据反射至航空发动机顶部的反射基准面的激光线，结合反射基准面坐标系，得到航空发动机在竖直方向上的位移量和绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量；
根据航空发动机辅助组件的二维数据，结合工作面坐标系，得到航空发动机轴线方向滚动角的第二分量和航空发动机在竖直方向上的俯仰角；
根据绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量和航空发动机轴线方向滚动角的第二分量，得到航空发动机轴线方向的滚动角；
根据航空发动机轴线方向的位移量、轴线方向的滚动角、翼展方向的位移量、翼展方向的偏航角、竖直方向上的位移量和竖直方向上的俯仰角，结合测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系与全局坐标系的转换关系，得到航空发动机吊装的空间位姿。
航空发动机轴线方向的位移量
Figure SMS_1
的计算方法如下：
Figure SMS_2
其中，
Figure SMS_3
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure SMS_4
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure SMS_5
和
Figure SMS_6
为第
Figure SMS_7
条和第
Figure SMS_8
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_9
为测量坐标系相对全局坐标系在Y轴上的偏差值。
航空发动机在翼展方向的位移量
Figure SMS_10
的计算方法如下：
Figure SMS_11
其中，
Figure SMS_12
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure SMS_13
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure SMS_14
为激光线照射在辅助组件表面上的距离，
Figure SMS_15
为测量坐标系相对全局坐标系在X轴上的偏差值。
航空发动机在翼展方向的偏航角
Figure SMS_16
的计算方法如下：
Figure SMS_17
其中，
Figure SMS_18
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure SMS_19
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure SMS_20
为第
Figure SMS_21
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_22
为第
Figure SMS_23
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_24
为激光线照射在辅助组件表面上的距离。
航空发动机在竖直方向上位移量Z的计算方法如下：
Figure SMS_25
其中，
Figure SMS_26
为第
Figure SMS_27
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_28
为第
Figure SMS_29
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_30
为反射基准面坐标系相对全局坐标系在Z轴上的偏差值。
绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量RY1的计算方法如下：
Figure SMS_31
其中，
Figure SMS_32
为第
Figure SMS_33
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_34
为第
Figure SMS_35
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_36
为辅助组件的有效宽度，辅助组件的有效宽度
Figure SMS_37
的计算方法如下：
Figure SMS_38
其中，
Figure SMS_39
为标定的次数，
Figure SMS_40
为变量。
航空发动机轴线方向的滚动角
Figure SMS_41
的计算方法如下：
Figure SMS_42
其中，
Figure SMS_43
为绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量，
Figure SMS_44
为航空发动机轴线方向滚动角的第二分量。
投射到航空发动机辅助组件的部分光束通过90度反射至航空发动机顶部的反射基准面上。
一种航空发动机吊装的空间位姿测量系统，包括：
结构组件，包括测量工装、辅助组件和反射基准面接收器，测量工装装夹在航空发动机上，辅助组件固定在测量工装上，反射基准面接收器设置在航空发动机的顶部；
2D激光轮廓仪，用于采集辅助组件的二维数据测量；
移动台，用于搭载2D激光轮廓仪，使2D激光轮廓仪能够在Z向上下移动；
二维倾角仪，用于获得航空发动机的俯仰角与滚动角，二维倾角仪固定在测量工装上；
工控系统，用于采集反射基准面接收器、2D激光轮廓仪和二维倾角仪的数据，并控制移动台带动2D激光轮廓仪上下移动。
测量工装通过第一连接螺杆和第二连接螺杆装夹在航空发动机上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在航空发动机上建立了全局坐标系、测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系，通过向辅助组件上照射激光线，并使部分激光线反射到反射基准面，从而能够得到航空发动机轴线方向的位移量、轴线方向的滚动角、翼展方向的位移量、翼展方向的偏航角、竖直方向上的位移量和竖直方向上的俯仰角，从而能够确保在航空发动机与发动机架在整个吊装过程中其位姿能够被实时测量，同时实现对发动机在吊装过程中不与机架发生碰撞，并且能够在吊装过程中，将航空发动机的位姿数据同步传输给吊装工控系统进行处理。
本发明的测量系统通过结构组件、移动台、2D激光轮廓仪、二维倾角仪和工控系统相互配合，利于了2D激光轮廓仪的多点测量特性，基于空间姿态冗余量，保证了对航空发动机姿态测量稳定测量；同时，根据航空发动机数模上关键点位的相对位置关系，结合实时测量的航空发动机的位置与姿态，基于航空发动机吊装车的内包络结构特征，可实现对航空发动机吊装全过程的碰撞风险评估，有效的控制了装配过程中的碰撞受损风险。
附图说明
图1为本发明的系统图；
图2为发动机在翼展方向对应的位移量、轴线方向位移量和偏航角的测量示意图；
图3为航空发动机轴线方向的滚动角和航空发动机的俯仰角的测量示意图；
图4为本发明的流程图；
其中，1、结构组件；1-1、测量工装；1-2、第一连接螺杆；1-3、第二连接螺杆；1-4、辅助组件；1-5、反射基准面接收器；2、移动台；3、2D激光轮廓仪；4、二维倾角仪；5、工控系统；6、航空发动机机架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种航空发动机吊装的空间位姿测量系统，包括结构组件1，结构组件1包括测量工装1-1、辅助组件1-4和反射基准面接收器1-5，测量工装1-1装夹在航空发动机上，辅助组件1-4固定在测量工装1-1上，反射基准面接收器1-5设置在航空发动机的顶部；测量工装1-1通过第一连接螺杆1-2和第二连接螺杆1-3装夹在航空发动机上。测量工装1-1主要是用于配合2D轮廓仪3的光学测量面的要求，同时具有将部分光束通过90度反射至航空发动机机架6顶部的反射基准面上，反射基准面接收器1-5安装在航空发动机吊装系统的顶部结构上，该反射基准面接收器1-5能够配合2D轮廓仪3的测量；第一连接螺杆1-2和第二连接螺杆1-3是用于实现测量工装1-1与航空发动机连接孔位精密配合的机械结构工装。移动台2用于搭载2D激光轮廓仪3，使2D激光轮廓3仪能够在Z向上下移动，以适应于航空发动机柔绳吊装过程中的升降。2D激光轮廓仪3用于采集辅助组件1-4的二维数据测量。二维倾角仪4固定在测量工装1-1上，用于获得航空发动机的俯仰角与滚动角。工控系统5，用于采集反射基准面接收器1-5、2D激光轮廓仪3和二维倾角仪4的数据，并控制移动台2带动2D激光轮廓仪3上下移动。
参见图2和图4，一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，包括以下步骤：
S1，将航空发动机轴线方向作为Y轴，翼展方向作为X轴，竖直方向作为Z轴，建立全局坐标系XYZO。
根据移动台2上2D激光轮廓仪3投射到辅助组件1-4反馈的二维数据，并建立测量坐标系X1Y1Z1O1。
2D激光轮廓仪3投射到辅助组件1-4的部分光束通过90度反射至航空发动机顶部的反射基准面上，建立反射基准面坐标系X2Y2Z2O2。
根据二维倾角仪4建立工作面坐标系X3Y3Z3O3。
全局坐标系XYZO、测量坐标系X1Y1Z1O1、反射基准面坐标系X2Y2Z2O2和工作面坐标系X3Y3Z3O3的各轴平行。
S2，对测量坐标系X1Y1Z1O1、反射基准面坐标系X2Y2Z2O2和工作面坐标系X3Y3Z3O3相对应全局坐标系XYZO进行标定，得到测量坐标系X1Y1Z1O1、反射基准面坐标系X2Y2Z2O2和工作面坐标系X3Y3Z3O3与全局坐标系XYZO的转换关系。
测量工装1-1通过第一连接螺杆1-2和第二连接螺杆1-3装夹在航空发动机上后，测量工装1-1的空间位置与姿态代表了航空发动机的空间位姿，移动台2的测量坐标系X1Y1Z1O1与反射基准面的反射基准面坐标系X2Y2Z2O2安装在航空发动机机架6的机械结构上，装定后相对位置关系不再改变，通过标定后即可获得二者相对于全局坐标系XYZO的位置坐标分别对应为（dx1、dy1、dz1）和（dx2、dy2、dz2）。
S3，参见图2，2D激光轮廓仪3向航空发动机的翼展方向照射1、2…n条激光线，各激光线以等距离d1的形式照射在测量工装1-1的辅助组件的表面上，其中第
Figure SMS_47
和第
Figure SMS_48
条激光线落在辅助组件的边界上，则对应有m2-
Figure SMS_51
+1条激光线照射在辅助组件的表面上，该辅助组件表面上对应的距离量分别对应为
Figure SMS_46
…
Figure SMS_49
，根据激光线照射在辅助组件上的距离，结合测量坐标系X1Y1Z1O1，得到航空发动机在激光线照射在辅助组件上的距离，从而获取航空发动机轴线方向的位移量
Figure SMS_50
、航空发动机在翼展方向的位移量
Figure SMS_52
以及航空发动机在翼展方向的偏航角
Figure SMS_45
。
航空发动机轴线方向的位移量
Figure SMS_53
的计算方法如下：
Figure SMS_54
其中，
Figure SMS_55
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure SMS_56
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure SMS_57
为第
Figure SMS_58
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_59
为第
Figure SMS_60
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_61
为测量坐标系相对全局坐标系在Y轴上的偏差值。
航空发动机在翼展方向的位移量
Figure SMS_62
的计算方法如下：
Figure SMS_63
其中，
Figure SMS_64
为激光线照射在辅助组件表面上的距离，
Figure SMS_65
为测量坐标系相对全局坐标系在X轴上的偏差值。
由于测量坐标系X1Y1Z1O1与全局坐标系为XYZO各轴系均平行，航空发动机在翼展方向的偏航角
Figure SMS_66
的计算方法如下：
Figure SMS_67
S4，参见图1，辅助组件1-4能够将照射在其上的2D轮廓仪3的光线原向返回，同时其中仅仅光束
Figure SMS_68
和光束
Figure SMS_69
能够直接通过辅助组件1-4偏折90度后，照射在反射基准面坐标系X2Y2Z2O2上，根据反射至航空发动机顶部的反射基准面的激光线，结合反射基准面坐标系X2Y2Z2O2，能够得到航空发动机在竖直方向上的位移量Z和绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量
Figure SMS_70
。
航空发动机在竖直方向上的位移量Z的计算方法如下：
Figure SMS_71
其中，
Figure SMS_72
为第
Figure SMS_73
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_74
为第
Figure SMS_75
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure SMS_76
为反射基准面坐标系相对全局坐标系在Z轴上的偏差值。
绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量
Figure SMS_77
的计算方法如下：
Figure SMS_78
其中，
Figure SMS_79
为辅助组件的有效宽度，
Figure SMS_80
的值通过m次标定，取d21、d22…d2m的平均值，辅助组件的有效宽度
Figure SMS_81
的计算方法如下：
Figure SMS_82
其中，
Figure SMS_83
为标定的次数，
Figure SMS_84
为变量。
S5，参见图3，根据辅助组件1-4的二维数据，结合工作面坐标系X3Y3Z3O3，能够得到航空发动机轴线方向滚动角的第二分量
Figure SMS_85
和航空发动机在竖直方向上的俯仰角
Figure SMS_86
。
S6，根据绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量
Figure SMS_87
和航空发动机轴线方向滚动角的第二分量
Figure SMS_88
，能够得到航空发动机轴线方向的滚动角
Figure SMS_89
。
航空发动机轴线方向的滚动角
Figure SMS_90
的计算方法如下：
Figure SMS_91
其中，
Figure SMS_92
为绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量，
Figure SMS_93
为航空发动机轴线方向滚动角的第二分量。
S7，根据航空发动机轴线方向的位移量
Figure SMS_94
、轴线方向的滚动角
Figure SMS_95
、翼展方向的位移量
Figure SMS_96
、翼展方向的偏航角
Figure SMS_97
、竖直方向上的位移量Z和竖直方向上的俯仰角
Figure SMS_98
，结合测量坐标系X1Y1Z1O1、反射基准面坐标系X2Y2Z2O2和工作面坐标系X3Y3Z3O3与全局坐标系XYZO的转换关系，得到航空发动机吊装的空间位姿。
实施例：
2D激光轮廓仪在翼展方向上发出共计n=1024条激光线，各激光线以等距离d1为0.01mm照射在测量工装的辅助组件的表面上，其中第m1=200条和第m2=205条激光线落在辅助组件的边界上，对应有m2-m1+1=205-200+1=6条落在辅助组件的边界上，该6条激光距离分别对应为Lm1=150.1mm、Lm2=150.2mm、Lm3=150.3mm、Lm4=150.4mm、Lm5=150.5mm和Lm6=150.6mm，测量坐标系X1Y1Z1O1相对全局坐标系XYZO在Y轴上的偏差值
Figure SMS_99
=0.1mm。则获得在轴线方向移动量Y的值对应为：
Figure SMS_100
测量坐标系X1Y1Z1O1相对全局坐标系XYZO在X轴上的偏差值
Figure SMS_101
为=120mm。则航空发动机在翼展方向的位移量
Figure SMS_102
的计算方法如下：
Figure SMS_103
则航空发动机在翼展方向的偏航角
Figure SMS_104
的计算如下：
Figure SMS_105
=0.5729度
辅助组件1-4能够将照射在其上的2D轮廓仪3的光线原向返回，同时其中光束
Figure SMS_106
和光束
Figure SMS_107
能够直接通过辅助组件1-4偏折90度后，照射在反射基准面坐标系X2Y2Z2O2上的
Figure SMS_108
=50.1mm，
Figure SMS_109
=50.2mm，反射基准面坐标系X2Y2Z2O2相对全局坐标系XYZO在Z轴上的偏差值
Figure SMS_110
=0.1mm。则航空发动机在竖直方向上的位移量Z的计算如下：
Figure SMS_111
=50.25mm
通过对辅助组件的有效宽度5次标定值分别对应为d21=1mm、d22=1.01mm、d23=1.015mm、d24=0.99mm和d25=1.02mm，取平均值，得到：
Figure SMS_112
则绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量
Figure SMS_113
的计算如下：
Figure SMS_114
=5.67度
根据辅助组件1-4的二维数据，读取得到航空发动机轴线方向滚动角的第二分量
Figure SMS_115
=5.65度和则航空发动机在竖直方向上的俯仰角：
Figure SMS_116
=0.25度
则航空发动机轴线方向的滚动角
Figure SMS_117
的计算如下：
Figure SMS_118
=5.66度
得到航空发动机吊装的全部空间位姿。

Claims (10)

1.一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据航空发动机轴线方向、翼展方向和竖直方向建立全局坐标系；
根据采集到的航空发动机辅助组件的二维数据，并建立测量坐标系；
投射到航空发动机辅助组件的部分光束反射至航空发动机顶部的反射基准面上，在反射基准面上建立反射基准面坐标系；
在航空发动机机架的工作面上建立工作面坐标系；
使全局坐标系、测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系的各轴平行；
对测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系相对应全局坐标系进行标定，得到测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系与全局坐标系的转换关系；
向航空发动机的翼展方向照射激光线，根据激光线照射在辅助组件上的距离，结合测量坐标系，得到航空发动机的翼展方向下激光线照射在辅助组件上的距离，从而获取航空发动机轴线方向的位移量、航空发动机在翼展方向的位移量以及航空发动机在翼展方向的偏航角；
根据反射至航空发动机顶部的反射基准面的激光线，结合反射基准面坐标系，得到航空发动机在竖直方向上的位移量和绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量；
根据航空发动机辅助组件的二维数据，结合工作面坐标系，得到航空发动机轴线方向滚动角的第二分量和航空发动机在竖直方向上的俯仰角；
根据绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量和航空发动机轴线方向滚动角的第二分量，得到航空发动机轴线方向的滚动角；
根据航空发动机轴线方向的位移量、轴线方向的滚动角、翼展方向的位移量、翼展方向的偏航角、竖直方向上的位移量和竖直方向上的俯仰角，结合测量坐标系、反射基准面坐标系和工作面坐标系与全局坐标系的转换关系，得到航空发动机吊装的空间位姿。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，航空发动机轴线方向的位移量
Figure QLYQS_1
的计算方法如下：
Figure QLYQS_2
其中，
Figure QLYQS_3
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure QLYQS_4
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure QLYQS_5
为第
Figure QLYQS_6
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_7
为第
Figure QLYQS_8
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_9
为测量坐标系相对全局坐标系在Y轴上的偏差值。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，航空发动机在翼展方向的位移量
Figure QLYQS_10
的计算方法如下：
Figure QLYQS_11
其中，
Figure QLYQS_12
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure QLYQS_13
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure QLYQS_14
为激光线照射在辅助组件表面上的距离，
Figure QLYQS_15
为测量坐标系相对全局坐标系在X轴上的偏差值。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，航空发动机在翼展方向的偏航角
Figure QLYQS_16
的计算方法如下：
Figure QLYQS_17
其中，
Figure QLYQS_18
为落在辅助组件表面左边界上的激光线个数，
Figure QLYQS_19
为落在辅助组件表面右边界上的激光线个数，
Figure QLYQS_20
为第
Figure QLYQS_21
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_22
为第
Figure QLYQS_23
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_24
为激光线照射在辅助组件表面上的距离。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，航空发动机在竖直方向上位移量Z的计算方法如下：
Figure QLYQS_25
其中，
Figure QLYQS_26
为第
Figure QLYQS_27
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_28
为第
Figure QLYQS_29
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_30
为反射基准面坐标系相对全局坐标系在Z轴上的偏差值。
6.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量RY1的计算方法如下：
Figure QLYQS_31
其中，
Figure QLYQS_32
为第
Figure QLYQS_33
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_34
为第
Figure QLYQS_35
条激光线照射在辅助组件的表面上对应的距离量，
Figure QLYQS_36
为辅助组件的有效宽度，辅助组件的有效宽度
Figure QLYQS_37
的计算方法如下：
Figure QLYQS_38
其中，
Figure QLYQS_39
为标定的次数，
Figure QLYQS_40
为变量。
7.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，航空发动机轴线方向的滚动角
Figure QLYQS_41
的计算方法如下：
Figure QLYQS_42
其中，
Figure QLYQS_43
为绕航空发动机轴线方向滚转角的第一分量，
Figure QLYQS_44
为航空发动机轴线方向滚动角的第二分量。
8.根据权利要求1所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法，其特征在于，投射到航空发动机辅助组件的部分光束通过90度反射至航空发动机顶部的反射基准面上。
9.一种航空发动机吊装的空间位姿测量系统，其特征在于，包括：
结构组件（1），包括测量工装（1-1）、辅助组件（1-4）和反射基准面接收器（1-5），测量工装（1-1）装夹在航空发动机上，辅助组件（1-4）固定在测量工装（1-1）上，反射基准面接收器（1-5）设置在航空发动机的顶部；
2D激光轮廓仪（3），用于采集辅助组件（1-4）的二维数据测量；
移动台（2），用于搭载2D激光轮廓仪（3），使2D激光轮廓（3）仪能够在Z向上下移动；
二维倾角仪（4），用于获得航空发动机的俯仰角与滚动角，二维倾角仪（4）固定在测量工装（1-1）上；
工控系统（5），用于采集反射基准面接收器（1-5）、2D激光轮廓仪（3）和二维倾角仪（4）的数据，并控制移动台（2）带动2D激光轮廓仪（3）上下移动。
10.根据权利要求9所述的一种航空发动机吊装的空间位姿测量系统，其特征在于，测量工装（1-1）通过第一连接螺杆（1-2）和第二连接螺杆（1-3）装夹在航空发动机上。
CN202310495587.7A 2023-05-05 2023-05-05 一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统 Active CN116182818B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310495587.7A CN116182818B (zh) 2023-05-05 2023-05-05 一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310495587.7A CN116182818B (zh) 2023-05-05 2023-05-05 一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116182818A true CN116182818A (zh) 2023-05-30
CN116182818B CN116182818B (zh) 2023-08-25

Family

ID=86446683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310495587.7A Active CN116182818B (zh) 2023-05-05 2023-05-05 一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116182818B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116443260A (zh) * 2023-06-20 2023-07-18 中航西飞民用飞机有限责任公司 一种吊装式航空发动机入位安装方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090112349A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 The Boeing Company System for assembling aircraft
JP2010175423A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Mitsubishi Electric Corp 計測装置、計測装置のレーザー位置姿勢値補正方法およびレーザー位置姿勢値補正プログラム
US8325338B1 (en) * 2009-08-02 2012-12-04 The Blue Sky Group Detection of aircraft icing
KR101403377B1 (ko) * 2012-12-14 2014-06-03 한국과학기술원 2차원 레이저 센서를 이용한 대상 물체의 6 자유도 운동 산출 방법
CN105180834A (zh) * 2015-05-28 2015-12-23 华中科技大学 一种叶片进排气边三维非接触式测量装置
CN110645921A (zh) * 2019-09-30 2020-01-03 武汉理工大学 一种基于偏振成像的冰形三维测量方法
CN113056652A (zh) * 2018-10-31 2021-06-29 莱卡地球系统公开股份有限公司 测绘系统和辅助测量仪

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090112349A1 (en) * 2007-10-26 2009-04-30 The Boeing Company System for assembling aircraft
JP2010175423A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Mitsubishi Electric Corp 計測装置、計測装置のレーザー位置姿勢値補正方法およびレーザー位置姿勢値補正プログラム
US8325338B1 (en) * 2009-08-02 2012-12-04 The Blue Sky Group Detection of aircraft icing
KR101403377B1 (ko) * 2012-12-14 2014-06-03 한국과학기술원 2차원 레이저 센서를 이용한 대상 물체의 6 자유도 운동 산출 방법
CN105180834A (zh) * 2015-05-28 2015-12-23 华中科技大学 一种叶片进排气边三维非接触式测量装置
CN113056652A (zh) * 2018-10-31 2021-06-29 莱卡地球系统公开股份有限公司 测绘系统和辅助测量仪
CN110645921A (zh) * 2019-09-30 2020-01-03 武汉理工大学 一种基于偏振成像的冰形三维测量方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116443260A (zh) * 2023-06-20 2023-07-18 中航西飞民用飞机有限责任公司 一种吊装式航空发动机入位安装方法
CN116443260B (zh) * 2023-06-20 2023-09-19 中航西飞民用飞机有限责任公司 一种吊装式航空发动机入位安装方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116182818B (zh) 2023-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102825602B (zh) 一种基于psd的工业机器人自标定方法及装置
CN110500978A (zh) 点激光传感器的光束方向矢量和零点位置在线标定方法
CN111536901B (zh) 一种基于现场龙门与机器人组合式三维激光扫描测量方法
CN116182818B (zh) 一种航空发动机吊装的空间位姿测量方法及系统
CN108151660B (zh) 一种飞机部件对接间隙和阶差的测量装备、方法及系统
CN102706277B (zh) 一种基于全方位点约束的工业机器人在线零位标定装置及方法
CN112325796A (zh) 基于辅助定位多视角点云拼接的大型工件型面测量方法
CN111238375B (zh) 基于激光跟踪仪的移动检测机器人大型构件外形重构方法
CN105945948A (zh) 一种应用于工业机器人的tcp在线快速标定方法及装置
CN110640585A (zh) 一种叶片磨抛加工三维非接触式测量装置及方法
CN111426270B (zh) 一种工业机器人位姿测量靶标装置和关节位置敏感误差标定方法
CN105737735B (zh) 便携式自校准末端执行器重复定位精度测量装置及方法
CN108132029B (zh) 一种卫星天线展开系统装配的精测方法及装置
CN102991724A (zh) 利用工作空间测量定位系统进行飞机大部件对接的方法
WO2023138241A1 (zh) 一种基于激光干涉原理的机床快速补偿系统及其补偿方法
WO2022160559A1 (zh) 一种飞机机翼智能对准系统与方法
CN102654387A (zh) 一种基于空间曲面约束的工业机器人在线标定装置
CN107817003B (zh) 一种分布式大尺寸空间定位系统的外参数标定方法
CN110470223B (zh) 一种基于1d位移传感器的三维空间坐标测量方法
CN115846886A (zh) 一种飞机蒙皮化铣精确刻型方法
CN114459345B (zh) 基于视觉空间定位的飞机机身位置姿态检测系统及方法
CN113029124B (zh) 一种基于红外视觉引导和激光测距的三维姿态位置测量装置
CN112381881A (zh) 一种基于单目视觉的大型刚体构件自动对接方法
CN114571436B (zh) 一种不依赖于地轨绝对精度的机器人外参标定方法
CN115520406A (zh) 一种无人机二次定位加工平台及加工方法及集群控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant