【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞机自动化装配，尤其涉及一种基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法。
技术介绍
1、飞机是一种极其复杂的机械产品，是由成千上万个零部件进行多级装配后形成的，飞机的装配质量是保障飞机使用性能的重要要素。目前主要是对装配过程中组件的关键特征的偏差进行研究和控制来保证飞机的装配质量。关键特征代表了产品、组件或零件的工艺特性，它们沿着产品的装配链传递，反映了组件偏差的传递和产品最终装配精度，在产品的整个生命周期中起着至关重要的作用。因此，在飞机组件装配过程中，需要对飞机组件的关键特征进行测量，计算当前位姿下的关键特征的偏差，从而对飞机组件当前的位姿进行评价，最终指导飞机组件进行位姿调整。新一代飞机高速、高隐身、低噪声等功能要求对飞机气动外形提出了更为严格的要求，另一方面碳纤维增强树脂基复合材料因高比强度和高比刚度等优点在新一代飞机轻量化设计上得到广泛的应用。然而，新一代飞机在一方面对组件的外形轮廓提出更高要求，如外形公差和对接区域的对缝间隙、对缝阶差等，在另一方面因复合材料弱刚性的特性，复合材料组件在装配过程中易发生变形，只关注单一离散的关键特征点的传统的飞机组件装配位姿协调方法已难以满足飞机装配准确度的要求，必须引入外形实测数据，对飞机组件装配过程中的关键特征点和关键特征轮廓进行测量和评价分析。
2、专利文献cn110163425a公开了一种基于人体生物特征的飞机装配路径的优化方法，所述优化方法包括建立装配体模型；构建虚拟人体模型；基于模糊综合评价算法，建立基于时间任务的模糊综合评价模型；根据装配
3、专利文献cn106407570a公开了一种飞机装配过程在线仿真优化系统，包括在线仿真模块、数据处理模块以及系统优化模块，上述模块主要具备以下功能：实时数据采集、数据驱动仿真、仿真实时显示、系统数据交互、系统数据管理、数据接口标准化、仿真方案评估、仿真方案分析、仿真方案优化。本专利技术不仅借助实时数据驱动来在线仿真现场的飞机装配过程，同时对不满足现场装配要求的装配方案进行优化，从而实时为现场提供最优装配方案，提高飞机装配效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，该方法能解决飞机多组件装配过程中，飞机气动外形要求严格、组件外形轮廓的装配精度要求高和薄壁飞机组件易变形所导致的装配效率低和装配精度差的问题，从而有效提高大型飞机多组件装配的效率和质量。
2、为了实现本专利技术的目的，提供了如下技术方案：一种基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，包括以下步骤：
3、基于增强参考点以建立坐标系统一模型，所述坐标系统一模型用于计算局部坐标系和全局坐标系之间的变换关系；
4、对飞机多组件装配中装配工艺所涉及的关键特征进行分类，根据飞机多组件装配中关键特征的几何表现形式分为关键特征点和关键特征轮廓，根据飞机多组件装配中关键特征的空间分布形式分为关键制造特征和关键协调特征；
5、采用组合测量方法获取飞机多组件装配过程中的增强参考点、关键特征点和关键特征轮廓的实际测量值；
6、并通过坐标系统一模型将关键特征点和关键特征轮廓的实际测量数据从局部坐标系变换到全局坐标系；
7、根据全局坐标系下的关键特征点和关键特征轮廓的实际测量值，计算实际测量值和理论数据的实际偏离程度，当只涉及单个飞机组件的装配工艺要求时，计算获得的实际偏差值是关键制造特征的准确度；当涉及若干个飞机组件的装配工艺要求时，计算获得的实际偏差值是关键协调特征的准确度；
8、基于关键制造特征和关键协调特征的准确度和容差约束构建多组件装配位姿评价模型，判断组件当前姿态是否满足装配工艺要求；
9、以飞机装配工艺要求中的关键制造特征容差和关键协调特征容差为约束条件，构建飞机多组件装配位姿协调模型；
10、通过求解飞机多组件装配位姿协调模型达到最小值，获得用于飞机多组件装配的最优位姿调整方案。
11、本专利技术基于组合测量原理获取关键特征点和关键特征轮廓的实际测量数据，从关键特征点和关键特征轮廓两个方面实现了关键制造特征和关键协调特征的准确度计算，能够有效的、全面的反映飞机多组件装配过程中装配工艺要求的实际情况；此外，基于关键制造特征容差约束和关键协调特征容差约束建立多组件装配位姿协调模型，基于广义拉格朗日乘子法和带精英策略的非支配排序的遗传算法实现最优位姿求解方法，确保了设计的协调精度和制造精度同时得到满足，从而有效进行多组件并行位姿调整，减小工作耗时，提高生产效率。
12、具体的，所述坐标系统一模型，是飞机装配过程中不同组件的坐标系、不同设备的坐标系之间的坐标系空间变换关系，即齐次变换矩阵t，能够将不同的局部坐标系plcs均变换到装配现场全局坐标系下pgcs。齐次变换矩阵t能够实现各个局部坐标系在全局坐标系下的统一，其表达式如下：
13、
14、pgcs＝t·plcs
15、其中，上标gcs表示全局坐标系，一般也称为装配坐标系；上标lcs表示局部坐标系，包括飞机组件坐标系、激光跟踪仪测量坐标系、线激光扫描仪坐标系、数控定位器坐标系、机器人坐标系等。
16、具体的，所述的关键特征是指将飞机装配中单个组件或多个组件所涉及的飞机装配工艺要求所转换的可测量的对象；所述的关键特征分类，是根据测量对象的几何表现形式分为关键特征点和关键特征轮廓，根据装配工艺要求的空间分布形式将其分为关键制造特征和关键协调特征。
17、具体的，所述关键特征点是使用单一的离散点以进行几何表征的关键特征；所述关键特征轮廓是使用海量离散点的集合以进行几何表征的关键特征。
18、具体的，所述关键制造特征是飞机单个组件对象自身在装配过程中所需要满足的工艺要求所转换的可测量的特征；所述关键协调特征是飞机多个组件对象所构成的整体在装配过程中所需要满足的工艺要求所转换的可测量的特征。
19、具体的，所述组合测量方法通过单点测量设备和扫描测量设备分别进行增强参考点、关键特征点和关键特征轮廓的测量任务，其具体过程如下：
20、通过单点测量设备完成若干个测量点的三维空间位置测量，完成飞机多组件装配中增强参考点和关键特征点的测量任务；
21、利用扫描测量设备进行外形轮廓的三维形貌测量，完成飞机多组件装配中关键特征轮廓的测量任务。
22、具体的，所述关键制造特征包括关键制造特征点和关键制造特征轮廓，所述关键制造特征的准确度的计算方法如下所示：
23、
24、
25、其中，上标gc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键特征点是使用单一的离散点以进行几何表征的关键特征；所述关键特征轮廓是使用海量离散点的集合以进行几何表征的关键特征。
3.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键制造特征是飞机单个组件对象自身在装配过程中所需要满足的工艺要求所转换的可测量的特征；所述关键协调特征是飞机多个组件对象所构成的整体在装配过程中所需要满足的工艺要求所转换的可测量的特征。
4.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述组合测量方法通过单点测量设备和扫描测量设备分别进行增强参考点、关键特征点和关键特征轮廓的测量任务，其具体过程如下：
5.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键制造特征包括关键制造特征点和关键制造特征轮廓，所述关键制造特
6.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键协调特征包括关键协调特征点和关键协调特征轮廓，所述关键协调特征的准确度的计算方法如下：
7.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述多组件装配位姿评价模型对所述的关键制造特征和所述的关键协调特征在当前姿态下的准确度进行综合考虑，根据单个组件的装配要求和多个组件协同的装配要求对多组件装配过程进行评价，其表达式如下：
8.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述容差约束为飞机装配工艺要求所对应的关键特征的测量数据与理论数据偏离程度的容许范围，包括关键制造特征容差约束和关键协调特征容差约束，用于判断飞机组件当前姿态是否满足装配工艺要求，具体如下：
9.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述飞机多组件装配位姿协调模型，以关键制造特征容差和关键协调特征容差为约束条件，进行最优位姿求解，计算调姿齐次变换矩阵，其表达式如下：
10.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述飞机多组件装配位姿协调模型以广义拉格朗日乘子法将位姿协调模型的求解问题转化为无约束优化问题，并利用带精英策略的非支配排序的遗传算法对无约束优化问题进行求解，其表达式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键特征点是使用单一的离散点以进行几何表征的关键特征；所述关键特征轮廓是使用海量离散点的集合以进行几何表征的关键特征。
3.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键制造特征是飞机单个组件对象自身在装配过程中所需要满足的工艺要求所转换的可测量的特征；所述关键协调特征是飞机多个组件对象所构成的整体在装配过程中所需要满足的工艺要求所转换的可测量的特征。
4.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述组合测量方法通过单点测量设备和扫描测量设备分别进行增强参考点、关键特征点和关键特征轮廓的测量任务，其具体过程如下：
5.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键制造特征包括关键制造特征点和关键制造特征轮廓，所述关键制造特征的准确度的计算方法如下所示：
6.根据权利要求1所述的基于组合测量和容差约束的飞机多组件装配位姿协调方法，其特征在于，所述关键协调特征包括关键协调特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：王青，罗文旭，赵安安，张一帆，罗群，张强，张瑞，程亮，李江雄，柯映林，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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