CN116202498B - 发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空发动机吊装测量领域，公开了发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法及系统，本发明通过在发动机安装车车体上安装四组环形阵列结构光，向下投射阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列。当发动机安装车进行入位作业时，因飞机短舱遮挡四组环形阵列结构光，由此可以获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差。根据飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿调整。本发明通过四组环形阵列结构光组成的矩形阵列，提高了发动机安装车与飞机短舱的位置检测精度。

Description

发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法及系统
技术领域
本发明属于航空发动机吊装测量领域，具体涉及发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法及系统。
背景技术
发动机吊装成套装备用于将飞机发动机从包装箱中安全、准确、快速吊装至飞机发动机短舱，该系统主要包含行车与发动机安装车。行车用于将发动机从包装箱中吊装至发动机安装车上。发动机安装车用于协助人工完成发动机的转运、地面补加工及精密吊装操作。
从原理上发动机安装车自身位姿可以影响发动机本体全部6个自由度，但是鉴于实际工况条件、发动机的自由度调整以及位姿调整系统的调节能力，发动机安装车对吊装过程的影响主要集中在水平位置（x，y）及偏航（Rz）三个自由度。发动机装配工艺要求吊装后发动机后吊点应位于短舱顶部孔结构的正下方，以此为定位基准点调整安装车的偏航（Rz）自由度即可实现上述安装车自由度调整的要求。
但是现有操作过程中，发动机安装车的水平位置及姿态调整主要依赖人工目视观察与手动调整。这种方式一般存在调整精度低，重复性差和效率慢等缺点，造成发动机安装车入位准确度和效率低等不足。不仅如此，由于发动机安装车体积庞大，与飞机机身的潜在干涉点多，因此在发动机安装车入位调整时需要多人协同观察作业。当多人协同作业时若发生交流不当或不及时的情况，则有可能进一步造成发动机安装车的安全风险。为此，提高发动机安装车入位的准确度、效率和安全对于发动机吊装作业具有重要价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法及系统，能够提高发动机安装车与飞机短舱的位置检测精度。
为了达到上述目的，发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法，包括以下步骤：
从发动机安装车顶部向发动机安装车上发射四组环形阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列；
当发动机安装车进行吊装飞机短舱入位作业时，飞机短舱遮挡四组环形阵列结构光，得到四组环形阵列结构光遮挡数据；
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差；
根据飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车位置，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿测量。
四组环形阵列结构光的中心位置为、/>、/>和/>，飞机短舱的四个特征点分别为、/>、/>和/>；
通过飞机短舱的四个特征点与四组环形阵列结构光的中心位置的关系，能够得到四组环形阵列结构光遮挡数据，根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差。
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差的具体方法如下：
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，确定飞机短舱的四个特征点位于四组环形阵列结构光中目标位置的相对位置；
飞机短舱的四个特征点所在区域中心为位置中心，以飞机短舱的四个特征点所在区域外接圆半径作为位置偏差；
选取飞机短舱的三个特征点的位置中心和位置偏差，根据该三个特征点的位置中心和位置偏差计算飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差。
发动机安装车相对飞机短舱的入位位置偏差包括航向位置、翼展位置/>和偏航角度/>；
航向位置X1的计算方法如下：
翼展位置的计算方法如下：
偏航角度的计算方法如下：
其中，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>坐标，为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>坐标；
发动机安装车相对飞机短舱的角度偏差包括偏航角度偏差、航向位置偏差和翼展位置偏差/>；
偏航角度偏差的计算方法如下：
航向位置偏差的计算方法如下：
翼展位置偏差的计算方法如下：
其中，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>向误差，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>向误差。
提取另外三个不同的特征点的位置中心和位置偏差对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差进行准确性验证，若验证结果不准确则停机排查，若验证结果准确则进行下一步。
对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差进行准确性验证的方法如下：
提取另外三个特征点的位置中心和位置偏差，根据该三个特征点下，发动机安装车相对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差，作为对比入位位置偏差及对比角度偏差；
将入位位置偏差与对比入位位置偏差进行对比，将角度偏差与对比角度偏差进行对比，若对比结果均小于预设阈值，则认为验证结果准确，否则停机处理。
发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量系统，包括：
发动机安装车，发动机安装车上设置有上平台和下平台，飞机短舱能够置于上平台和下平台间，发动机安装车底部设置有车轮；
环形阵列结构光发射器，环形阵列结构光发射器为四组，四组环形阵列结构光发射器设置在上平台下表面，组成矩形阵列；
光感传感器，光感传感器设置在下平台上表面，光感传感器用于接收环形阵列结构光发射器的光线；
环形阵列结构光发射器用于向下平台发射四组环形阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列；
当发动机安装车进行吊装飞机短舱入位作业时，飞机短舱能够遮挡光感传感器接收四组环形阵列结构光，得到四组环形阵列结构光遮挡数据；
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差；
根据飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车位置，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿测量。
车轮采用全向移动轮。
环形阵列结构光发射器采用环形激光发射器。
光感传感器组成环形阵列。
与现有技术相比，本发明通过在发动机安装车车体上安装四组环形阵列结构光，向下投射阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列。当发动机安装车进行入位作业时，因飞机短舱遮挡四组环形阵列结构光，由此可以获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差。根据飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿调整。本发明通过四组环形阵列结构光组成的矩形阵列，提高了发动机安装车与飞机短舱的位置检测精度。
附图说明
图1为本发明中发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量系统的示意图；
图2为本发明中环形激光及光感传感器阵列示意图；
图3为实施例中发动机安装车初始状态示意图；
图4为实施例中发动机安装车入位状态示意图；
其中，1、发动机安装车；2、上平台；3、下平台；4、飞机短舱；5、环形阵列结构光发射器；6、光感传感器；7、车轮。
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至图4，发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法，包括以下步骤：
S1，从发动机安装车顶部向发动机安装车上发射四组环形阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列；四组环形阵列结构光的中心位置为、/>、/>和/>，飞机短舱的四个特征点分别为/>、/>、/>和/>；通过飞机短舱的四个特征点与四组环形阵列结构光的中心位置的关系，能够得到四组环形阵列结构光遮挡数据，根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差。
S2，当发动机安装车进行吊装飞机短舱入位作业时，飞机短舱遮挡四组环形阵列结构光，得到四组环形阵列结构光遮挡数据；
S3，根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差，具体方法如下：
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，确定飞机短舱的四个特征点位于四组环形阵列结构光中目标位置的相对位置；
飞机短舱的四个特征点所在区域中心为位置中心，以飞机短舱的四个特征点所在区域外接圆半径作为位置偏差；
选取飞机短舱的三个特征点的位置中心和位置偏差，根据该三个特征点的位置中心和位置偏差计算飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差。
其中，发动机安装车相对飞机短舱的入位位置偏差包括航向位置、翼展位置/>和偏航角度/>；
航向位置X1的计算方法如下：
翼展位置的计算方法如下：
偏航角度的计算方法如下：
其中，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>坐标，为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>坐标；
发动机安装车相对飞机短舱的角度偏差包括偏航角度偏差、航向位置偏差和翼展位置偏差/>；
偏航角度偏差的计算方法如下：
航向位置偏差的计算方法如下：
翼展位置偏差的计算方法如下：
其中，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>向误差，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>向误差。
提取另外三个不同的特征点的位置中心和位置偏差对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差进行准确性验证，若验证结果不准确则停机并由人工排查，若验证结果准确则进行S4。对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差进行准确性验证的方法如下：
提取另外三个特征点的位置中心和位置偏差，根据该三个特征点下，发动机安装车相对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差，作为对比入位位置偏差及对比角度偏差；
将入位位置偏差与对比入位位置偏差进行对比，将角度偏差与对比角度偏差进行对比，若对比结果均小于预设阈值，则认为验证结果准确，否则停机处理。
S4，根据飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车位置，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿测量。
参见图1，基于发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法的系统，其特征在于，包括：
发动机安装车1，发动机安装车1上设置有上平台2和下平台3，飞机短舱4能够置于上平台2和下平台3间，发动机安装车1底部设置有车轮7；
环形阵列结构光发射器5，环形阵列结构光发射器5为四组，四组环形阵列结构光发射器5设置在上平台2下表面，组成矩形阵列；
光感传感器6，光感传感器6设置在下平台3上表面，光感传感器6用于接收环形阵列结构光发射器5的光线。
优选的，车轮7采用全向移动轮。
优选的，环形阵列结构光发射器5采用环形激光发射器。
优选的，光感传感器6组成环形阵列。
实施例：
步骤1：通过光感传感器阵列感应结果，判断飞机短舱的四个特征点、/>、/>和位于目标位置附近区域的位置；
步骤2：以飞机短舱的四个特征点、/>、/>和/>所在区域的中心/>、/>、/>和/>为对应的位置中心，以四个特征点/>、/>、/>和/>所在区域外接圆半径作为对应的位置偏差/>、/>和/>。
步骤3：选取飞机短舱第一特征点、飞机短舱第二特征点/>及飞机短舱第三个特征点/>的区域中心/>、/>和/>，通过位置偏差/>和/>计算发动机安装车相对飞机短舱的平面位置姿态及误差，参考计算公式如下：
=-770，/>=820，/>=-720，/>=210，/>=350，/>=-390，/>=15mm，/>=20mm，/>=15mm，/>=20mm。
发动机安装车中心的航向位置：
发动机安装车中心的翼展位置：
发动机安装车的偏航角度：
发动机安装车中心的航向位置偏差：
发动机安装车中心的翼展位置偏差：
发动机安装车的偏航角度偏差：
步骤4：以飞机短舱第二特征点、飞机短舱第三个特征点/>和飞机短舱第四特征点/>的特征中心及位置偏差为输入，验证步骤3计算结果的准确性。
发动机安装车中心的航向位置：
发动机安装车中心的翼展位置：
发动机安装车的偏航角度：
发动机安装车中心的航向位置偏差：
发动机安装车中心的翼展位置偏差：
发动机安装车的偏航角度偏差：
当与/>，/>与/>，/>与/>间的差小于精度偏差时，则认为步骤3的结果准确，反之则认为结果超差，需要停机处理。
步骤5：根据发动机安装车的位置及角度偏差，对发动机安装车进行平面位置及姿态调整。
步骤6：重复步骤1至步骤5，直至发动机安装车达到目标位置。

Claims (8)

1.发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
从发动机安装车顶部向发动机安装车上发射四组环形阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列；
当发动机安装车进行吊装飞机短舱入位作业时，飞机短舱遮挡四组环形阵列结构光，得到四组环形阵列结构光遮挡数据；
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差；
其中，四组环形阵列结构光的中心位置为、/>、/>和/>，飞机短舱的四个特征点分别为、/>、/>和/>；
通过飞机短舱的四个特征点与四组环形阵列结构光的中心位置的关系，能够得到四组环形阵列结构光遮挡数据，根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差；
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，确定飞机短舱的四个特征点位于四组环形阵列结构光中目标位置的相对位置；
飞机短舱的四个特征点所在区域中心为位置中心，以飞机短舱的四个特征点所在区域外接圆半径作为位置偏差；
选取飞机短舱的三个特征点的位置中心和位置偏差，根据该三个特征点的位置中心和位置偏差计算飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差；
根据飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车位置，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿测量。
2.根据权利要求1所述的发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法，其特征在于，发动机安装车相对飞机短舱的入位位置偏差包括航向位置、翼展位置/>和偏航角度；
航向位置X1的计算方法如下：
翼展位置的计算方法如下：
偏航角度的计算方法如下：
其中，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>坐标，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>坐标；
发动机安装车相对飞机短舱的角度偏差包括偏航角度偏差、航向位置偏差/>和翼展位置偏差/>；
偏航角度偏差的计算方法如下：
航向位置偏差的计算方法如下：
翼展位置偏差的计算方法如下：
其中，为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第一特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第二特征点所在区域中心的/>向误差，/>为飞机短舱第三特征点所在区域中心的/>向误差。
3.根据权利要求1所述的发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法，其特征在于，提取另外三个不同的特征点的位置中心和位置偏差对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差进行准确性验证，若验证结果不准确则停机排查，若验证结果准确则进行下一步。
4.根据权利要求3所述的发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量方法，其特征在于，对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差进行准确性验证的方法如下：
提取另外三个特征点的位置中心和位置偏差，根据该三个特征点下，发动机安装车相对飞机短舱的入位位置偏差及角度偏差，作为对比入位位置偏差及对比角度偏差；
将入位位置偏差与对比入位位置偏差进行对比，将角度偏差与对比角度偏差进行对比，若对比结果均小于预设阈值，则认为验证结果准确，否则停机处理。
5.发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量系统，其特征在于，包括：
发动机安装车（1），发动机安装车（1）上设置有上平台（2）和下平台（3），飞机短舱（4）能够置于上平台（2）和下平台（3）间，发动机安装车（1）底部设置有车轮（7）；
环形阵列结构光发射器（5），环形阵列结构光发射器（5）为四组，四组环形阵列结构光发射器（5）设置在上平台（2）下表面，组成矩形阵列；
光感传感器（6），光感传感器（6）设置在下平台（3）上表面，光感传感器（6）用于接收环形阵列结构光发射器（5）的光线；
环形阵列结构光发射器（5）用于向下平台（3）发射四组环形阵列结构光，四组环形阵列结构光组成矩形阵列；
当发动机安装车进行吊装飞机短舱入位作业时，飞机短舱（4）能够遮挡光感传感器（6）接收四组环形阵列结构光，得到四组环形阵列结构光遮挡数据；
根据四组环形阵列结构光遮挡数据，获取飞机短舱（4）的入位位置偏差及角度偏差；
根据飞机短舱（4）的入位位置偏差及角度偏差调整发动机安装车位置，使飞机短舱的位置达到发动机安装车入位位置，完成位姿测量。
6.根据权利要求5所述的发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量系统，其特征在于，车轮（7）采用全向移动轮。
7.根据权利要求5所述的发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量系统，其特征在于，环形阵列结构光发射器（5）采用环形激光发射器。
8.根据权利要求5所述的发动机安装车与飞机短舱水平相对位姿测量系统，其特征在于，光感传感器（6）组成环形阵列。
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