一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，包括如下步驟：在待加工飛機(jī)零件的表面刻劃三組十字標(biāo)記線；采用基于視覺(jué)的多種數(shù)字化測(cè)量方法對(duì)該待加工飛機(jī)零件進(jìn)行綜合化測(cè)量，獲得表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得十字標(biāo)記線的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)；提供CAD模型，將測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型進(jìn)行最佳對(duì)齊，得到CAD模型中的待加工輪廓在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的位置，得到十字標(biāo)記線在CAD模型坐標(biāo)系下的位置；將待加工飛機(jī)零件安放夾緊在加工機(jī)床上，利用十字標(biāo)記線中心點(diǎn)建立機(jī)床上待加工飛機(jī)零件的工件坐標(biāo)系；利用十字標(biāo)記線中心點(diǎn)計(jì)算工件坐標(biāo)系與CAD模型坐標(biāo)系之間的關(guān)系，對(duì)待加工輪廓在工件坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)控編程；利用數(shù)控程序?qū)Υ庸わw機(jī)零件進(jìn)行加工。
【專利說(shuō)明】一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其屬于飛機(jī)零件加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】:
[0002]飛機(jī)部件大多由易變形的薄壁零件裝配而成，零件裝配過(guò)程受薄壁零件加工工藝的影響，精度控制難度大。為保證飛機(jī)兩組零件之間能夠相互匹配，通常在其中一組零件上留有加工余量，在裝配過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)零件進(jìn)行修配，稱為匹配加工。因而按照匹配后是否加工將飛機(jī)部件分為兩部分:待加工零件和與待加工零件相匹配的零件。
[0003]飛機(jī)部件裝配過(guò)程中的匹配加工需要根據(jù)零件的實(shí)際形狀來(lái)進(jìn)行針對(duì)性加工，目前常采用手工加工方法:將兩組零件在裝配型架上根據(jù)設(shè)計(jì)的部位進(jìn)行匹配定位，根據(jù)定位情況在零件上畫出待加工的輪廓，采用電動(dòng)切割工具對(duì)輪廓進(jìn)行手工切割。手工加工方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工精度也得不到保證。
[0004]隨著數(shù)字化測(cè)量方法的廣泛應(yīng)用，為飛機(jī)部件裝配過(guò)程中的匹配零件加工提供了新的技術(shù)手段，使得能夠在裝配前對(duì)零件的實(shí)際形狀進(jìn)行數(shù)字化獲取，根據(jù)測(cè)量結(jié)果在計(jì)算機(jī)中對(duì)零件的裝配情況進(jìn)行最佳對(duì)齊的模擬匹配，確定匹配后的待加工輪廓，然后將匹配后的結(jié)果反映到加工機(jī)床上，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控自動(dòng)加工。其中主要難題有:(I)通常的最佳對(duì)齊的模擬匹配是對(duì)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的最佳逼近，因此對(duì)齊結(jié)果與測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布情況密切相關(guān)，數(shù)據(jù)點(diǎn)密集的地方對(duì)對(duì)齊結(jié)果影響大，而數(shù)據(jù)點(diǎn)稀疏的地方則對(duì)對(duì)齊結(jié)果的影響??；
(2)飛機(jī)零件形狀不精確，因而在其上定義的用于數(shù)控加工定位的基準(zhǔn)精確度也不高，這樣由于定位的不準(zhǔn)確使得數(shù)控加工得到的輪廓與匹配確定的輪廓之間存在較大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明提供一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其利用數(shù)字化測(cè)量方法的高精度數(shù)據(jù)獲取能力，解決最佳對(duì)齊過(guò)程與數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布密度相關(guān)的問(wèn)題以及數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程的飛機(jī)零件定位問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，所述飛機(jī)部件包含兩部分:待加工零件和與待加工零件相匹配的零件，并包括如下步驟
[0007]I).在待加工飛機(jī)零件的表面刻劃三組十字標(biāo)記線；
[0008]2).采用基于視覺(jué)的多種數(shù)字化測(cè)量方法對(duì)該待加工飛機(jī)零件進(jìn)行綜合化測(cè)量，獲得表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得十字標(biāo)記線的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)；
[0009]3).提供CAD模型，將測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型進(jìn)行最佳對(duì)齊，得到CAD模型中的待加工輪廓在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的位置，得到十字標(biāo)記線在CAD模型坐標(biāo)系下的位置；
[0010]4).將待加工飛機(jī)零件安放夾緊在加工機(jī)床上，利用十字標(biāo)記線中心點(diǎn)建立機(jī)床上待加工飛機(jī)零件的工件坐標(biāo)系；[0011]5).利用十字標(biāo)記線中心點(diǎn)計(jì)算工件坐標(biāo)系與CAD模型坐標(biāo)系之間的關(guān)系，對(duì)待加工輪廓在工件坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)控編程；
[0012]6).利用數(shù)控程序?qū)Υ庸わw機(jī)零件進(jìn)行加工。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟I)中三組十字標(biāo)記線分布于所述待加工飛機(jī)零件的邊緣處，且所述三組十字標(biāo)記線的中心點(diǎn)不處于同一條直線上。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟2)中綜合化測(cè)量采用光學(xué)掃描測(cè)量設(shè)備和與之配套的手持式測(cè)量光筆，所述光學(xué)掃描測(cè)量設(shè)備對(duì)待加工飛機(jī)零件表面進(jìn)行測(cè)量，獲得表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)PiQ = 1,2,-,η);所述手持式測(cè)量光筆中的測(cè)頭采用尖測(cè)針對(duì)準(zhǔn)十字線的中心，獲得中心點(diǎn)數(shù)據(jù)A17A27A3O
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟3)中測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型進(jìn)行最佳對(duì)齊具體如下:
[0016]測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型的最佳對(duì)齊在數(shù)學(xué)上表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述飛機(jī)部件包含兩部分:待加工零件和與待加工零件相匹配的零件，并包括如下步驟 1).在待加工飛機(jī)零件的表面刻劃三組十字標(biāo)記線； 2).采用基于視覺(jué)的多種數(shù)字化測(cè)量方法對(duì)該待加工飛機(jī)零件進(jìn)行綜合化測(cè)量，獲得表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲得十字標(biāo)記線的中心點(diǎn)數(shù)據(jù)； 3).提供CAD模型，將測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型進(jìn)行最佳對(duì)齊，得到CAD模型中的待加工輪廓在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的位置，得到十字標(biāo)記線在CAD模型坐標(biāo)系下的位置； 4).將待加工飛機(jī)零件安放夾緊在加工機(jī)床上，利用十字標(biāo)記線中心點(diǎn)建立機(jī)床上待加工飛機(jī)零件的工件坐標(biāo)系； 5).利用十字標(biāo)記線中心點(diǎn)計(jì)算工件坐標(biāo)系與CAD模型坐標(biāo)系之間的關(guān)系，對(duì)待加工輪廓在工件坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)控編程； 6).利用數(shù)控程序?qū)Υ庸わw機(jī)零件進(jìn)行加工。
2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步驟I)中三組十字標(biāo)記線分布于所述待加工飛機(jī)零件的邊緣處，且所述三組十字標(biāo)記線的中心點(diǎn)不處 于同一條直線上。
3.如權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步驟2)中綜合化測(cè)量采用光學(xué)掃描測(cè)量設(shè)備和與之配套的手持式測(cè)量光筆，所述光學(xué)掃描測(cè)量設(shè)備對(duì)待加工飛機(jī)零件表面進(jìn)行測(cè)量，獲得表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)Pi α =1，2，…，η);所述手持式測(cè)量光筆中的測(cè)頭采用尖測(cè)針對(duì)準(zhǔn)十字線的中心，獲得中心點(diǎn)數(shù)據(jù)Ai，八岔，Αβ ο
4.如權(quán)利要求3所述的基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步驟3)中測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型進(jìn)行最佳對(duì)齊具體如下: 測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型的最佳對(duì)齊在數(shù)學(xué)上表示為:
5.如權(quán)利要求4所述的基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步驟4)中在數(shù)控機(jī)床上利用其在線測(cè)量系統(tǒng)得到三組十字標(biāo)記線的中心點(diǎn)坐標(biāo)值為C1, C2, C3，所述工件坐標(biāo)系中:以C1為原點(diǎn)、C1與C2的連線為Y軸、C1C2C3三點(diǎn)構(gòu)成的平面的法矢為Z軸，通過(guò)右手法則得到X軸。
6.如權(quán)利要求5所述的基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步驟3)中將R和T作用于PiQ = 1,2, - ,η)和A1, A2，A3，得到測(cè)量數(shù)據(jù)在CAD模型坐標(biāo)下的坐標(biāo)值Qi和B1, B2, B3,為:
Qi = RPi+T (i = I, 2，…，n)，Bj = RAj+T (j = I, 2，3)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字化測(cè)量的飛機(jī)部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步驟5)中將B1, B2, B3轉(zhuǎn)換至C1C2C3確定的工件坐標(biāo)系下所需的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量為R’和T’，B1B2B3與C1C2C3互相對(duì)應(yīng)，因此有:
Cj = R，Bj+T' (j = I, 2，3) 可以解得R’和T’ ； 利用R’和T’將待加工輪廓S進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到其在工件坐標(biāo)系下的位置S’，即S’=R’ S+T’，對(duì)S’進(jìn)行數(shù)控編程，得到加工代碼。
【文檔編號(hào)】G05B19/4097GK103995496SQ201410176052
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】劉勝蘭, 葉南, 張麗艷 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)