自动制孔末端法向传感器标定方法技术

本发明专利技术提出一种自动制孔末端法向传感器标定方法，属于航空制造工程与飞机装配技术领域。本发明专利技术基于激光跟踪仪等大尺度高精度测量设备，借助特制标定靶板，装配现场即可完成各光学法向传感器发射与刀具轴线的相对位置和角度的高精度标定，显著降低了末端执行器零件加工精度和装配误差的影响，保证了标准件制孔质量和效率。质量和效率。质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
自动制孔末端法向传感器标定方法


[0001]本专利技术属于航空制造工程与飞机装配
，涉及一种自动制孔设备末端执行器光学法向传感器标定方法，用于飞机装配自动制孔过程中待加工表面法向测量工作。

技术介绍

[0002]发展先进战机提升国防能力是大国必由之路，尤其在隐身性、长寿命等方面均有大幅提高，对标准件连接精度提出了更高要求。制孔精度对标准件连接影响最大，飞机装配现场大量采用自动化制孔/钻铆设备，降低工人劳动强度，保证制孔质量的一致性和稳定性。为满足机身高隐身、长寿命需求，亟需发展适用于自动制孔的光学法向传感器高精度标定方法，保证标准件连接孔的垂直度，进而提高标准件连接质量。
[0003]飞机装配过程中采用的自动制孔/钻铆设备，一般基于机器人或五坐标机床，其上集成末端执行器完成孔位确定、自动寻法、制孔锪窝、送钉、铆接等工作。飞机制造工艺流程多，零部件外形复杂刚性弱，装配过程自身重力引起的变形大，加上零部件制造误差累积影响，蒙皮等表面类零件壁板气动外形与理论偏差大，严重影响自动制孔的垂直度。为保证钉孔轴线与曲面蒙皮的垂直度，自动制孔设备上设置光学法向测量传感器，通过激光测距传感器对制孔点位的法向值进行测量，通过后台程序计算得到该点位的实际法向值，并引导机器人或五坐标机床进行法向调整，实现法向偏差的补偿。末端执行器上设置多个光学法向传感器，且环绕制孔刀具轴线布置，各光学法向传感器发射的光线与刀具轴线的位置和角度需精确标定。大多数的光学法向传感器安装位置通过加工精度保证，但末端执行器结构复杂、零件加工精度很难保证，加上装配误差，存在光学法向传感器安装误差大等问题，势必影响制孔垂直精度。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出一种飞机自动制孔设备末端执行器光学法向传感器标定方法，基于激光跟踪仪等大尺度高精度测量设备，借助特制标定靶板，装配现场即可完成各光学法向传感器发射与刀具轴线的相对位置和角度的高精度标定，显著降低了末端执行器零件加工精度和装配误差的影响，保证了标准件制孔质量和效率。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种自动制孔末端法向传感器标定方法，该方法基于飞机自动制孔末端法向传感器标定系统实现，该系统包括自动制孔设备末端执行器1、光学法向传感器2、辅助激光跟踪仪球座3、传感器激光线4、标定靶板5、激光跟踪仪球座6和光斑投影盘7。其中，自动制孔设备末端执行器1固定安装在机器人或五轴机床等数控设备上。光学法向传感器2设置多个，安装在自动制孔设备末端执行器1的前端锥形上，环绕制动刀具主轴。辅助激光跟踪仪球座3分散布置在自动制孔设备末端执行器1上易于测量处，用于标定过程中快速建立末端执行器坐标系。传感器激光线4为光学法向传感器2发出的光线，用于测量光学法向传感器2与飞机蒙皮表面的距离，结合多组光学法向传感器2数据能解算出自动制孔设备末端执行器1刀
具主轴与飞机蒙皮的角度值，进而为法向调整提供闭环控制数据支持。标定靶板5放置在地面，并可调整高度和角度，其上布置有激光跟踪仪球座6和光斑投影盘7，其中光斑投影盘7位于标定靶板5中心，如图2所示。具体标定方法如下：
[0007]1)标定靶板制作
[0008]按图2所示，制作标定靶板5，调整两个激光跟踪仪球座6的球心(OA、OB)与光斑投影盘7的中心O1(x
O1
,y
O1
,z
O1
)共线，且满足下式：
[0009][0010]2)确定自动制孔设备末端执行器1坐标系
[0011]标定工作前，通过跟踪仪等数字化测量设备建立自动制孔设备末端执行器1坐标系，主要确定辅助激光跟踪仪球座3与自动制孔设备末端执行器1刀具主轴的位置关系，选取刀具主轴作为Z轴，X、Y轴不限。最后对辅助激光跟踪仪球座3(靶球直径12.7mm)球心赋值，用于后续标定快速建立自动制孔设备末端执行器1的坐标系。
[0012]3)标定光学法向传感器2
[0013]调整自动制孔设备末端执行器1位置，选取一个光学法向传感器2，使其发出的传感器激光线4与水平面近似平行，保证10m范围内传感器激光线4的光斑均能落在标定靶板5上。
[0014]在测量辅助激光跟踪仪球座3放置激光跟踪仪靶球，利用激光跟踪仪，逐点测量辅助激光跟踪仪球座3上靶球，记录坐标值，以步骤2)中确定的坐标值为目标值利用最佳拟合建立自动制孔设备末端执行器1的坐标系。
[0015]将标定靶板5放置在自动制孔设备末端执行器1附近，距离5m左右，调整标定靶板5使传感器激光线4的光斑落在光斑投影盘7中心。将激光跟踪仪靶球放置在激光跟踪仪球座6内，利用激光跟踪仪测量两点值，记录坐标值，并按步骤1)中方程计算传感器激光线4的光斑中心值为P1(x,y,z)。同理沿传感器激光线4方向，将标定靶板5向远端再移动5m左右，并得到传感器激光线4的光斑中心值为P2(x,y,z)。由于标定过程存在测量和光斑位置调整误差(综合误差不超过0.5mm)，通过增加标定距离，在直线角度计算时可显著降低综合误差影响，按最近5m计误差不超过atan(0.5/5000)＝0.006
°
。
[0016]4)光学法向传感器2角度计算
[0017]根据直线方程将P1和P2点坐标代入直线方程，并以P2点为初始点计算传感器激光线4空间表达式。然后计算传感器激光线4与自动制孔设备末端执行器1刀具主轴的位置关系，完成光学法向传感器2标定计算。
[0018]5)重复步骤3)和步骤4)，完成其余光学法向传感器2的标定和角度计算，实现全部光学法向传感器2的高精度标定。
[0019]本专利技术的有益效果：本专利技术基于激光跟踪仪等大尺度高精度测量设备，借助特制
的标定靶板，在直线角度标定时，通过增加标定距离，有效控制综合误差影响在千分之一以内，显著提高了光学法向传感器标定精度，角度标定偏差不超过0.006
°
，降低了末端执行器的加工精度要求，保证了自动制孔设备制孔垂直度。
附图说明
[0020]图1为飞机自动制孔末端法向传感器标定系统构成图。
[0021]图2为标定靶板结构示意图。
[0022]图中：1自动制孔设备末端执行器；2光学法向传感器；3辅助激光跟踪仪球座；4传感器激光线；5标定靶板；6激光跟踪仪球座；7光斑投影盘。
具体实施方式
[0023]以下结合实施例和附图进一步解释本专利技术的具体实施方式，但不用于限定本专利技术。
[0024]如图1所示，飞机自动制孔末端法向传感器标定系统的标定方法，包括以下步骤：
[0025]1)标定靶板制作
[0026]按图2所示，制作标定靶板5。调整两个激光跟踪仪球座6的球心(OA、OB)与光斑投影盘7的中心O1共线，且O1位于OA和OB中点。
[0027]2)确定自动制孔设备末端执行器1坐标系
[0028]利用跟踪仪等数字化测量设备，建立自动制孔设备末端执行器1坐标系，选取刀具主轴作为Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动制孔末端法向传感器标定方法，其特征在于，该方法基于飞机自动制孔末端法向传感器标定系统实现，该系统包括自动制孔设备末端执行器(1)、光学法向传感器(2)、辅助激光跟踪仪球座(3)、标定靶板(5)、激光跟踪仪球座(6)和光斑投影盘(7)；其中，自动制孔设备末端执行器(1)固定安装在机器人或五轴机床数控设备上；光学法向传感器(2)设置多个，安装在自动制孔设备末端执行器(1)的前端锥形上，环绕制动刀具主轴；辅助激光跟踪仪球座(3)分散布置在自动制孔设备末端执行器(1)上易于测量处，用于标定过程中快速建立末端执行器坐标系；光学法向传感器(2)发出的光线为传感器激光线(4)，用于测量光学法向传感器(2)与飞机蒙皮表面的距离，结合多组光学法向传感器(2)数据能解算出自动制孔设备末端执行器(1)刀具主轴与飞机蒙皮的角度值，进而为法向调整提供闭环控制数据支持；标定靶板(5)放置在地面，并能够调整高度和角度，其上布置有激光跟踪仪球座(6)和光斑投影盘(7)，其中光斑投影盘(7)位于标定靶板(5)中心；具体标定方法如下：1)标定靶板制作制作标定靶板(5)，调整两个激光跟踪仪球座(6)的球心OA、OB与光斑投影盘(7)的中心O1共线，且O1位于OA和OB中点；2)确定自动制孔设备末端执行器坐标系标定工作前，通过数字化测量设备建立自动制孔设备末端执行器(1)坐标系，选取刀具主轴作为Z轴，X、Y轴不限；并对辅助激光跟踪仪球座(3)球心赋值，用于后续标定快速建立自动制孔设备末端执行器(1)的坐标系；3)标定光学法向传感器4)光学法向传感器角度计算将P1和P2点坐标代入直线方程，并以P2点为初始...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建国，潘新，张永亮，刘哲，白继鹏，高小雯，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：