專利名稱：：一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種前緣襟翼的裝配方法，尤其是涉及一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法，屬于航空制造中的飛機機翼裝配
技術領域：
。(二)
背景技術：
：前緣襟翼是機翼前緣上最常使用的增升裝置之一，通常用于超音速飛機，其作用是延緩氣流分離，提高最大升力系數(shù)和臨界迎角，尤其是在飛機起飛和降落的過程中。前緣襟翼的制造精度和質(zhì)量影響著整個飛機的空氣動力學性能，進而影響飛機的飛行性能。前緣襟翼常用的結構方案是將其與機翼前大梁或前墻的下緣條用鉸鏈連接，其可以在一定角度的范圍內(nèi)繞鉸鏈偏轉(zhuǎn)。當前緣襟翼相對其軸轉(zhuǎn)動時，其上緣沿固定在機翼上的專用型材滑動，防止形成縫隙?；窘Y構件是鉸鏈、翼梁、翼肋和蒙皮。在傳統(tǒng)的基于模擬量的飛機裝配生產(chǎn)中，前緣襟翼的裝配是在專用工裝中進行的。這種裝配方法存在著以下的問題第一，用于裝配的型架是特制的，只能裝配某一種型號的前緣襟翼，缺乏柔性，成本高；第二，由裝配型架的制造精度和工人的操作水平制約著裝配的精度；第三，裝配過程中缺乏有效的檢測手段，并且檢測結果不是數(shù)字量，不能進行定量分析。(三)
發(fā)明內(nèi)容1、目的本發(fā)明的目的是提供一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法，它能解決現(xiàn)有前緣襟翼裝配制造過程中的不足，提高前緣襟翼的裝配精度；并且盡量減少專用的裝配工裝，提高裝配系統(tǒng)的柔性。2、技術方案本發(fā)明一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法，它包括三個階段裝配前的準備階段、裝配階段和裝配后的檢測分析階段。裝配前的準備階段包括以下步驟步驟一檢查裝配平臺的當前工作情況，保證所有的數(shù)控裝配單元已經(jīng)回歸到初始位置。步驟二打開裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，導入必需的理論設計數(shù)據(jù)，并生成相應的數(shù)控程序。數(shù)據(jù)處理中心包含CATIA商用設計軟件和自行開發(fā)的數(shù)據(jù)處理功能模塊。理論設計在CATIA軟件中完成，并在自行開發(fā)的數(shù)據(jù)讀取功能模塊讀入在CATIA軟件中的理論設計數(shù)據(jù)，并生成相應的數(shù)控程序。步驟三在裝配平臺的4個公共測量點基座上安裝用于激光跟蹤測量的耙標，用激光跟蹤儀對4個公共測量點依次進行測量，利用這4個公共測量點的坐標數(shù)據(jù)進行激光測量系統(tǒng)的坐標系標定，把激光測量系統(tǒng)的坐標系和裝配系統(tǒng)的坐標系進行統(tǒng)一。步驟四將4個公共測量點的坐標數(shù)據(jù)輸入裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，作為把裝配系統(tǒng)坐標系下的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到理論設計坐標系的坐標轉(zhuǎn)換過程的基準點，計算得到進行測量數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換的變換矩陣。其中變換矩陣的計算方法如下根據(jù)/、/XS2—XS1^S2一3^1XS3—XS1尺"一少Sl公ZS2—2S1一Sl,S4—x51ZS4—ZS1."丄義、7"2714x7'l>V2_乂"z"—Z1人S'xn乂"In—zn厲巾少S,乂"^7，4—:式1，2，3，4為公共測量點的激光跟蹤測量數(shù)據(jù)，少r,一1'x.n、廣x、據(jù)，求解角度變換矩陣R。在根據(jù)公式Ay少nhi、、zn;1，2，3，4為公共測量點的理論設計數(shù)求解平移變換矩陣。A為長度系數(shù)，其計算公式為^=;7'2-xyi)+Cv"-3Vi)+(z'廠2-z7'，St、.、、.、轉(zhuǎn)換式為力=AAy，其中、zr」,乂、z"+(,S2-&)2+(Z,S2-Zs,)為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標值，。最后，可得數(shù)據(jù)為測量數(shù)據(jù)的坐標值。裝配階段包括以下步驟步驟五鉸鏈的裝配定位。在鉸鏈的定位基準孔上安裝用于激光跟蹤測量的靶標基座。將鉸鏈安放在數(shù)控裝配單元的夾具上，固定鎖緊。啟動該鉸鏈的驅(qū)動指令，控制裝配單元運動到目標位置。用激光跟蹤儀依次測量定位基準孔，將鉸鏈的當前裝配的空間位置與理論設計的空間位置進行比較，計算出該鉸鏈的空間位置偏差及各個自由度的位置補償量。其計算過程如下鉸鏈的軸端點處的2個定位基準孔的理論設計空間位置為A。(^。，yA。，zA。)，B。(xB。，yB。，ZB。)，激光跟蹤測得到的實際空間位置為AjxM，yA1，zA1)，B!G^，yB1，zj，軸端點的空間位置偏差則為A,A。，B,B。。取鉸鏈軸線的中點Q(x『ya，zj，其與理論的軸線中點C。(&。，ye。，ze。)的坐標偏差為鉸鏈的平移補償量，即Ay、Az乂X81—X/少8一少力1一少卯+少.ZS1一Zz」0'ZS0+Z/10乂鉸鏈的角度補償量其中a，P根據(jù)軸線的兩個端點進行計算，其中a=2k+Az_^0)45i-=2"^""0)。根據(jù)測量得到的3個腹板面上的隨機點計算得到鉸鏈定位基準面的實際法向量e"其與理論設計的腹板面法向量e。之間的夾角即為第三個角度補償量Y。6根據(jù)空間位置補償量生成裝配單元的微調(diào)整指令。裝配單元執(zhí)行該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整。再次用激光跟蹤儀測量該鉸鏈的定位基準孔，并重復上述過程，直到該鉸鏈的空間位置偏差在允許的范圍內(nèi)。按照以上的裝配定位過程，對該前緣襟翼的其他鉸鏈依次進行裝配定位。步驟六翼梁預裝配。依次將翼梁預裝配在已經(jīng)裝配定位好的鉸鏈上。步驟七翼肋的裝配定位。在翼肋的定位基準孔上安裝用于激光跟蹤測量的靶標基座。將翼肋安放在裝配單元的夾具上，固定鎖緊。啟動該翼肋的驅(qū)動指令，控制裝配單元運動到目標位置。用激光跟蹤儀測量定位基準孔，將翼肋的當前裝配的空間位置與理論設計的空間位置進行比較，計算出該翼肋的空間位置偏差及各個自由度的空間位置補償量。其計算方法如下翼肋腹板面上的l號、2號、3號定位基準孔的圓心坐標的測量數(shù)據(jù)為空間點0"HpK，與其對應理論設計數(shù)據(jù)中的空間點0、H、V之間的空間位置偏差用點的坐標值誤差來表示，即3個矢量^5、巧3、&。翼肋零件的空間位置補償量包括沿三個坐標軸方向的平移偏差補償量和繞三個坐標軸的旋轉(zhuǎn)角偏差補償量。翼肋零件的平移偏差補償量為1號裝配定位基準點與理論設計點之間的空間坐標偏差，根據(jù)公式&、「M=+、Z1」、zo」、、其中o為當前的裝配定位基準孔的空間位置，,x,、為經(jīng)過平移補償之后的裝配定位基準點的空間位置，為平移偏差補償量，計算出在平移偏差補償后的其他裝配定位基準點的空間位置。翼肋零件的旋轉(zhuǎn)角偏差補償量為在對平移偏差補償量進行補償后，分別繞3個坐標軸方向旋轉(zhuǎn)調(diào)整的角度值，該角度值由當前裝配定位基準點與理論設計值之間的偏差估算得到，并且根據(jù)剛體運動學，在繞某個坐標軸完成旋轉(zhuǎn)角度的補償后，根據(jù)公式'X,、/一、'X'Lzl」、、其中6=ee,,,e，為旋轉(zhuǎn)軸，9為繞該旋轉(zhuǎn)軸進行補償?shù)慕嵌戎?，并?，計算出,e，(I_cos<)+cos(9e,"l-cos(9)-ezsini9"(1-cos(9)+^sin6*、—cos<9)+ezsin6><(1-cos<9)+cos6e,z(l-cosi9)-e,sin6>—cos61)—eysin6>—cos0)+e,sin6>—cos6>)+cos6>乂此時其他裝配定位基準孔的空間位置。根據(jù)位置補償量生成裝配單元的空間位置微調(diào)整指令。裝配單元執(zhí)行該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整。再次，用激光跟蹤儀測量該翼肋的定位基準孔，并重復上述過程，直到該翼肋的空間位置偏差在允許的范圍內(nèi)。按照以上的裝配定位過程，對該前緣襟翼的其他翼肋依次進行裝配定位。步驟八用緊固件連接翼梁和翼肋，翼梁和鉸鏈。步驟九蒙皮的裝配定位。將前緣型材預裝配在翼肋上，接著將蒙皮預裝配在翼肋上。步驟十連接前緣型材和各翼肋、上下蒙皮和各翼肋及前緣型材。步驟十一將裝配好的前緣襟翼部件從裝配平臺上取下。裝配后檢測分析階段包括以下步驟步驟十二氣動外形的檢測。裝配好的前緣襟翼放置在固定的工作臺上，控制機器人用激光掃描儀按規(guī)劃的路徑，對上蒙皮進行氣動外形的掃描測量。翻轉(zhuǎn)前緣襟翼，對下蒙皮進行相同的操作。步驟十三氣動外形精度分析。將上下蒙皮的測量數(shù)據(jù)輸入裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，和理論設計數(shù)據(jù)進行對比和計算各項氣動外形誤差，并將該前緣襟翼的數(shù)據(jù)編號存入數(shù)據(jù)庫。也就是說，在數(shù)據(jù)處理中心的自行開發(fā)的誤差計算分析功能模塊中，利用在步驟二中讀入的理論設計數(shù)據(jù)和上下蒙皮的測量數(shù)據(jù)進行氣動外形誤差的計算和分析，并將該計算分析結果以及該前緣襟翼的相關數(shù)據(jù)進行編號，保存到數(shù)據(jù)庫。3、優(yōu)點及功效本發(fā)明一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法，它有以下優(yōu)點第一，在裝配過程中利用激光測量系統(tǒng)對裝配特征進行測量，可以有效地檢測裝配過程中的裝配精度，達到控制最終產(chǎn)品的制造精度的要求；第二，激光測量系統(tǒng)在裝配過程中得到的是準確的空間位置等數(shù)據(jù)，不再是模擬量，可以對裝配精度進行定量的評估；第三，由于用激光測量系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的專用卡板，使得該裝配系統(tǒng)的裝配平臺可以用來裝配結構類似大小在一定范圍內(nèi)的前緣襟翼，提高了裝配系統(tǒng)的柔性。圖1為前緣襟翼結構示意圖；圖中符號說明如下1鉸鏈；2翼梁；3翼肋；4蒙皮。具體實施例方式見圖l，具體實施的實例是具有典型結構的前緣襟翼部件，它包括1#鉸鏈1、2#鉸鏈1;翼梁2;1#翼肋3、2#翼肋3、3#翼肋3、4#翼肋3;前緣型材、上蒙皮、下蒙皮。基于激光測量的一種前緣襟翼的裝配方法，具體實施過程如下裝配前的準備階段。步驟一檢查裝配平臺的當前工作情況，保證所有的數(shù)控裝配單元已經(jīng)回歸到初始位置。步驟二打開裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，讀入必需的理論設計數(shù)據(jù)，并生成相應的數(shù)控程序。數(shù)據(jù)處理中心包含CATIA商用設計軟件和自行開發(fā)的數(shù)據(jù)處理功能模塊。理論設計在CATIA軟件中完成，并在自行開發(fā)的數(shù)據(jù)讀取功能模塊讀入在CATIA軟件中的理論設計數(shù)據(jù)，并生成相應的數(shù)控程序。步驟三在裝配平臺的4個公共測量點基座上安裝用于激光跟蹤測量的耙標，用激光跟蹤儀對4個公共測量點依次進行測量，利用這4個公共測量點的坐標數(shù)據(jù)進行激光測量系統(tǒng)的坐標系標定，把測量坐標系和裝配坐標系進行統(tǒng)一。4個公共點的測量結果如表1所示。表1公共測量點的設計和測量數(shù)據(jù)名稱XYZ理論數(shù)據(jù)公共點112639.804-0.538-6616.227公共點211500.488-0.538-5222.685公共點312429.516-0.538-4463.141公共點413568.832-0.538-5856.682測量數(shù)據(jù)公共點161507.48013087.685-29604.811公共點273919.02915598.876-31277.815公共點361992.50813218.443-29052.309公共點449580.95810707.232-27379.305步驟四將4個公共測量點的坐標數(shù)據(jù)輸入裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，作為激光測量系統(tǒng)和理論設計數(shù)字模型的坐標轉(zhuǎn)換的基準點。根據(jù)公式—XS1少"一hlZS2—Zr丄義xr2-&—ZS1、XS4—XS1一力lZS4—Z^—力'2一乂nZ7'2力ri—X"-少nZ7'3—zn—xn力4一,nZ7'4一Z7，]7，其中少s,Vz乂1，2，3，4為公共測量點的激光跟蹤測量數(shù)據(jù)，,x、乂z'/)乂計數(shù)據(jù)，求解角度變換矩陣R。在根據(jù)公式、Az乂x.乂n1，2，3，4為公共測量點的理論設求解平移變換矩陣。Afx、乂為長度系數(shù)，其計算公式為A:^":^S1X712x'n)+(少7'2—少'n)+(z7"2一z'n,。根據(jù)3)中的測量數(shù)據(jù)計算得到坐標轉(zhuǎn)換的變換矩陣如下0.0142151—0.610417其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>為實際測量的在裝配坐標系下的數(shù)據(jù)，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>為變換后在理論設計坐標系下的數(shù)據(jù)。裝配階段。步驟五鉸鏈的裝配定位。在1#鉸鏈零件的定位基準孔上安裝用于激光跟蹤測量的耙標基座。將1#鉸鏈零件安放在數(shù)控裝配單元的夾具上，固定鎖緊。啟動1#鉸鏈零件的驅(qū)動指令，控制裝配單元運動到目標位置。用激光跟蹤儀依次測量1#鉸鏈的2個定位基準孔。1#鉸鏈的軸端點處的2個定位基準孔的理論設計空間位置為A。(xA。，yA。，zA。)，B。(xB。，yB。，zB。)，激光跟蹤測得到的實際空間位置為(xA1，yA1，zA1)，(xB1，yB1，zB1)，軸端點的空間位置偏差為A,A。，B,B。。取1#鉸鏈的中點Q(Xc"ycl，zcl)，其與理論的軸線中點C。(xc。，yco，zco)的坐標偏差為1#鉸鏈A少的平移補償量，即Az<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>1#鉸鏈的角度補償量其中a，P根據(jù)軸線的兩個端點進行計算，其中"-。根據(jù)空間位置補償量生成裝配單元的微調(diào)整指令，裝配單元根據(jù)該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整。用激光跟蹤儀測量腹板面上的3個隨機點，根據(jù)測量得到的3個腹板面上的隨機點計算得到lft鉸鏈定位基準面的實際法向量e"其與理論設計的腹板面法向量e。之間的夾角即為第三個角度補償量Y。根據(jù)空間位置補償量生成裝配單元的微調(diào)整指令，裝配單元根據(jù)該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整。0063]重復上述過程，直到1#鉸鏈零件的空間位置偏差在允許的范圍內(nèi)。1#鉸鏈的測量結果和空間位置誤差及補償量如表3所示。表31#鉸鏈的設計和測量數(shù)據(jù)及計算分析結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>按照以上的裝配定位過程，對該前緣襟翼的2#鉸鏈進行裝配定位。步驟六翼梁預裝配。依次將翼梁1段和翼梁2段零件預裝配在已經(jīng)裝配定位好的鉸鏈零件上。步驟七翼肋的裝配定位。在1#翼肋零件的定位基準孔上安裝用于激光跟蹤測量的靶標基座。將1#翼肋零件安放在裝配單元的夾具上，固定鎖緊。啟動1#翼肋的驅(qū)動指令，控制裝配單元運動到目標位置。用激光跟蹤儀測量3個定位基準孔，將1#翼肋零件的當前裝配的空間位置與理論設計的空間位置進行比較，計算出1#翼肋零件的空間位置偏差及各個自由度的空間位置補償量。1#翼肋腹板上的3個裝配定位基準孔的分布成直角三角形，1號裝配定位基準孔位于直角處。1#翼肋腹板面上的1號、2號、3號定位基準孔的圓心坐標的測量數(shù)據(jù)為空間點Op&、V15與其對應理論設計數(shù)據(jù)中的空間點0、H、V之間的空間位置偏差用點的坐標值誤差來表示，即3個矢量^、巧3、&。1#翼肋零件的空間位置補償量包括沿三個坐標軸方向的平移偏差補償量和繞三個坐標軸的旋轉(zhuǎn)角偏差補償量。根據(jù)裝配定位基準點的布局設置，1#翼肋零件的平移偏差補償量為1號裝配定位基準點與理論設計點之間的空間坐標偏差，并且要根據(jù)公式<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>為當前的裝配定位基準孔的空間位置，"、<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>為經(jīng)過平移補償之后的裝配定位基準點的空間位置，為平移偏差補償量，計算出在平移偏差補償后的其他裝配定位基準點的空間位置。1#翼肋零件的旋轉(zhuǎn)角偏差補償量為在對平移偏差補償量進行補償后，分別繞3個坐標軸方向旋轉(zhuǎn)調(diào)整的角度值，該角度值由當前裝配定位基準點與理論設計值之間的偏差估算得到，并且根據(jù)剛體運動學，在繞某個坐標軸完成旋轉(zhuǎn)角度的補償后，要根據(jù)公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中e=為旋轉(zhuǎn)軸，9為繞該旋轉(zhuǎn)軸進行補償?shù)慕嵌戎担?lt;formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>此時其他裝配定位基準孔的空間位置。然后，根據(jù)空間位置補償量生成裝配單元的空間位置微調(diào)整指令。裝配單元根據(jù)該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整。再次，用激光跟蹤儀測量1#翼肋零件的定3個定位基準孔，并重復上述過程，直到1#翼肋零件的空間位置偏差在允許的范圍內(nèi)。1#翼肋零件的測量結果和空間位置誤差及補償量如表4所示。表41#翼肋的設計和測量數(shù)據(jù)及計算分結果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>按照以上的裝配定位過程，對該前緣襟翼的2#翼肋、3#翼肋、4#翼肋依次進行裝配定位。步驟八用緊固件連接翼梁和翼肋，翼梁和鉸鏈。步驟九蒙皮的裝配定位。將前緣型材預裝配在翼肋上，接著將蒙皮預裝配在翼肋零件上。步驟十連接前緣型材和各翼肋、上下蒙皮和各翼肋及前緣型材。步驟十一將裝配好的前緣襟翼部件從裝配平臺上取下。裝配后檢測分析階段包括以下步驟步驟十二氣動外形的檢測。將裝配好的前緣襟翼放置在固定的工作臺上，控制機器人用激光掃描儀按規(guī)劃的路徑，對上蒙皮進行氣動外形的掃描測量。翻轉(zhuǎn)前緣襟翼，對下蒙皮進行相同的操作。步驟十三氣動外形精度分析。將上下蒙皮的測量數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理中心，和理論設計數(shù)據(jù)進行對比和計算各項氣動外形誤差，并將該前緣襟翼的數(shù)據(jù)編號存入數(shù)據(jù)庫。也就是說，在數(shù)據(jù)處理中心的自行開發(fā)的誤差計算分析功能模塊中，利用在步驟二中讀入的理論設計數(shù)據(jù)和上下蒙皮的測量數(shù)據(jù)進行氣動外形誤差的計算和分析，并將該計算分析結果以及該前緣襟翼的相關數(shù)據(jù)進行編號，保存到數(shù)據(jù)庫。權利要求本發(fā)明一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一檢查裝配平臺的當前工作情況，保證所有的數(shù)控裝配單元已經(jīng)回歸到初始位置；步驟二打開裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，導入必需的理論設計數(shù)據(jù)，并生成相應的數(shù)控程序；步驟三在裝配平臺的4個公共測量點基座上安裝用于激光跟蹤測量的靶標，用激光跟蹤儀對4個公共測量點依次進行測量，利用這4個公共測量點的坐標數(shù)據(jù)進行激光測量系統(tǒng)的坐標系標定，把激光測量系統(tǒng)的坐標系和裝配系統(tǒng)的坐標系進行統(tǒng)一；步驟四將4個公共測量點的坐標數(shù)據(jù)輸入裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，作為把裝配系統(tǒng)坐標系下的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到理論設計坐標系的坐標轉(zhuǎn)換過程的基準點，計算得到進行測量數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換的變換矩陣；其中變換矩陣的計算方法如下根據(jù)公式<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>&lambda;</mi></mfrac><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>3</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>4</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>其中i＝1，2，3，4為公共測量點的激光跟蹤測量數(shù)據(jù)，i＝1，2，3，4為公共測量點的理論設計數(shù)據(jù)，求解角度變換矩陣R；在根據(jù)公式<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>&Delta;x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;z</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>&lambda;</mi></mfrac><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mi>R</mi><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>求解平移變換矩陣；λ為長度系數(shù)，其計算公式為<mrow><mi>&lambda;</mi><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>L</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>L</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mfrac><mo>=</mo><mfrac><msqrt><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>T</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></msqrt><msqrt><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></msqrt></mfrac><mo>,</mo></mrow>最后，可得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換式為<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mi>T</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mi>T</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mi>T</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mi>&lambda;</mi><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>&Delta;x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;z</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>+</mo><mi>&lambda;R</mi><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mi>S</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mi>S</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mi>S</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>其中為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的坐標值，為測量數(shù)據(jù)的坐標值；步驟五鉸鏈的裝配定位；在鉸鏈的定位基準孔上安裝用于激光跟蹤測量的靶標基座，將鉸鏈安放在數(shù)控裝配單元的夾具上，固定鎖緊；啟動該鉸鏈的驅(qū)動指令，控制裝配單元運動到目標位置，用激光跟蹤儀依次測量定位基準孔，將鉸鏈的當前裝配的空間位置與理論設計的空間位置進行比較，計算出該鉸鏈的空間位置偏差及各個自由度的位置補償量；其計算過程如下鉸鏈的軸端點處的2個定位基準孔的理論設計空間位置為A0(xA0，yA0，zA0)，B0(xB0，yB0，zB0)，激光跟蹤測得到的實際空間位置為A1(xA1，yA1，zA1)，B1(xB1，yB1，zB1)，軸端點的空間位置偏差則為取鉸鏈軸線的中點C1(xC1，yC1，zC1)，其與理論的軸線中點C0(xC0，yC0，zC0)的坐標偏差為鉸鏈的平移補償量，即<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>&Delta;x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>&Delta;z</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>B</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>B</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>x</mi><mrow><mi>A</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>B</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>B</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>A</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>B</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>B</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>A</mi><mn>0</mn></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>;</mo></mrow>鉸鏈的角度補償量其中α，β根據(jù)軸線的兩個端點進行計算，其中<mrow><mi>&alpha;</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mi>&Delta;z</mi><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>A</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mover><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>B</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>&OverBar;</mo></mover></mfrac><mo>,</mo></mrow><mrow><mi>&beta;</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>A</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mi>&Delta;y</mi><mo>-</mo><msub><mi>y</mi><mrow><mi>A</mi><mn>0</mn></mrow></msub><mo>)</mo></mrow></mrow><mover><mrow><msub><mi>A</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>B</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>&OverBar;</mo></mover></mfrac><mo>;</mo></mrow>根據(jù)測量得到的3個腹板面上的隨機點計算得到鉸鏈定位基準面的實際法向量e1，其與理論設計的腹板面法向量e0之間的夾角即為第三個角度補償量γ；根據(jù)空間位置補償量生成裝配單元的微調(diào)整指令，裝配單元執(zhí)行該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整；再次用激光跟蹤儀測量該鉸鏈的定位基準孔，并重復上述過程，直到該鉸鏈的空間位置偏差在允許的范圍內(nèi)；按照以上的裝配定位過程，對該前緣襟翼的其他鉸鏈依次進行裝配定位；步驟六翼梁預裝配；依次將翼梁預裝配在已經(jīng)裝配定位好的鉸鏈上；步驟七翼肋的裝配定位；在翼肋的定位基準孔上安裝用于激光跟蹤測量的靶標基座，將翼肋安放在裝配單元的夾具上，固定鎖緊；啟動該翼肋的驅(qū)動指令，控制裝配單元運動到目標位置；用激光跟蹤儀測量定位基準孔，將翼肋的當前裝配的空間位置與理論設計的空間位置進行比較，計算出該翼肋的空間位置偏差及各個自由度的空間位置補償量；其計算方法如下翼肋腹板面上的1號、2號、3號定位基準孔的圓心坐標的測量數(shù)據(jù)為空間點O1、H1、V1，與其對應理論設計數(shù)據(jù)中的空間點O、H、V之間的空間位置偏差用點的坐標值誤差來表示，即3個矢量翼肋零件的空間位置補償量包括沿三個坐標軸方向的平移偏差補償量和繞三個坐標軸的旋轉(zhuǎn)角偏差補償量，翼肋零件的平移偏差補償量為1號裝配定位基準點與理論設計點之間的空間坐標偏差，根據(jù)公式<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mn>0</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>+</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>b</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>b</mi><mn>2</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>b</mi><mn>3</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>其中為當前的裝配定位基準孔的空間位置，為經(jīng)過平移補償之后的裝配定位基準點的空間位置，為平移偏差補償量，計算出在平移偏差補償后的其他裝配定位基準點的空間位置；翼肋零件的旋轉(zhuǎn)角偏差補償量為在對平移偏差補償量進行補償后，分別繞3個坐標軸方向旋轉(zhuǎn)調(diào)整的角度值，該角度值由當前裝配定位基準點與理論設計值之間的偏差估算得到，并且根據(jù)剛體運動學，在繞某個坐標軸完成旋轉(zhuǎn)角度的補償后，根據(jù)公式<mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mi>R</mi><mrow><mo>(</mo><mover><mi>e</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>,</mo><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><mi>x</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>y</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>z</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>其中為旋轉(zhuǎn)軸，θ為繞該旋轉(zhuǎn)軸進行補償?shù)慕嵌戎?，并?lt;mrow><mi>R</mi><mrow><mo>(</mo><mover><mi>e</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mo>,</mo><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='('close=')'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>e</mi><mi>x</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi></mtd><mtd><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>e</mi><mi>z</mi></msub><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi></mtd><mtd><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>z</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>e</mi><mi>y</mi></msub><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>y</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>e</mi><mi>z</mi></msub><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi></mtd><mtd><msubsup><mi>e</mi><mi>y</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi></mtd><mtd><msub><mi>e</mi><mi>y</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>z</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>z</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>e</mi><mi>y</mi></msub><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi></mtd><mtd><msub><mi>e</mi><mi>y</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>z</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>e</mi><mi>x</mi></msub><mi>sin</mi><mi>&theta;</mi></mtd><mtd><msubsup><mi>e</mi><mi>z</mi><mn>2</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>cos</mi><mi>&theta;</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>計算出此時其他裝配定位基準孔的空間位置；根據(jù)位置補償量生成裝配單元的空間位置微調(diào)整指令，裝配單元執(zhí)行該微調(diào)整指令實施空間位置的微調(diào)整；再次，用激光跟蹤儀測量該翼肋的定位基準孔，并重復上述過程，直到該翼肋的空間位置偏差在允許的范圍內(nèi)；按照以上的裝配定位過程，對該前緣襟翼的其他翼肋依次進行裝配定位；步驟八用緊固件連接翼梁和翼肋，翼梁和鉸鏈；步驟九蒙皮的裝配定位；將前緣型材預裝配在翼肋上，接著將蒙皮預裝配在翼肋上；步驟十連接前緣型材和各翼肋、上下蒙皮和各翼肋及前緣型材；步驟十一將裝配好的前緣襟翼部件從裝配平臺上取下；步驟十二氣動外形的檢測；將裝配好的前緣襟翼放置在固定的工作臺上，控制機器人用激光掃描儀按規(guī)劃的路徑，對上蒙皮進行氣動外形的掃描測量；翻轉(zhuǎn)前緣襟翼，對下蒙皮進行相同的操作；步驟十三氣動外形精度分析；將上下蒙皮的測量數(shù)據(jù)輸入裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，和理論設計數(shù)據(jù)進行對比和計算各項氣動外形誤差，并將該前緣襟翼的數(shù)據(jù)編號存入數(shù)據(jù)庫。FSA00000018891300012.tif,FSA00000018891300013.tif,FSA00000018891300017.tif,FSA00000018891300018.tif,FSA00000018891300021.tif,FSA00000018891300025.tif,FSA00000018891300032.tif,FSA00000018891300033.tif,FSA00000018891300034.tif,FSA00000018891300036.tif全文摘要一種基于激光測量技術的前緣襟翼的裝配方法，它有十三個步驟。一、檢查裝配平臺工況和裝配單元的初始位置；二、在數(shù)據(jù)處理中心導入必需的數(shù)據(jù)并生成相應的數(shù)控程序；三、用激光跟蹤儀對4個公共測量點進行測量；四、將測量數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理中心，計算得到測量數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換的變換矩陣；五、鉸鏈的裝配定位；六、翼梁預裝配；七、翼肋的裝配定位；八、用緊固件連接翼梁和翼肋，翼梁和鉸鏈；九、蒙皮的裝配定位；十、連接前緣型材和各翼肋、上下蒙皮和各翼肋及前緣型材。十一、將裝配好的前緣襟翼部件從裝配平臺上取下；十二、氣動外形的檢測；十三、氣動外形精度分析。它實現(xiàn)了前緣襟翼裝配的數(shù)字化、自動化和柔性化，在飛機制造中有應用前景。文檔編號B64F5/00GK101746510SQ20101911401公開日2010年6月23日申請日期2010年2月3日優(yōu)先權日2010年2月3日發(fā)明者呂景佳,張俐,王寶慶,王鴻慶申請人:北京航空航天大學