一种新型飞机曲面壁板自动制孔法向测量方法

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1、数字化装配检测技术吣。砒AssEMB吖№P断俐TEcHN。L。GY一种新型飞机曲面壁板自动制孑L法向测量方法术ANovelMethodofAutomaticDrilling’SNormalMeasurementforAircraftCurvedPanel妻笺尝鬈篡黧鍪曲绍君邹方数字化制造技术航空科技重点实验室～【摘要】针对飞机曲面壁板自动制孔的高垂直度要求，本文提出一种新型的基于多激光位移传感器的法向测量方法。首先，在刀具坐标系下，利用标定基准板及激光跟踪仪对各个激光位移传感器空间位置坐标信息进行标定；其次，将标定结果与激光位移传感

2、器实际测量的距离值相结合，求解制孔部位周边激光点坐标；最后，利用最小二乘法求解制孔部位法向量。该测量方法不以测量设备的位姿为前提，且对安装精度也无较高要求，具有精度高、操作方便、适用于工程应用等特点。关键词：曲面壁板自动制孔垂直度最小二乘法【ABSTRACT】Forensuringtheverticalityoftheaircraftpanel’Sauto—drilling，anovelnormalmeasurementwhichisbasedonseverallaserdisplacementsensorispresentedin

3、thispaper．Firstly,Inthecoordinatesystemoftoolfirstofall，thelaserdisplacementsensor’Slocationin—formationisdemarcated；Thencombiningtheresultsofthedemarcatingandmeasurementresults，thecoordinateval-uesofneighboringspotoftheholecanbegot．Finally,thenormaloftheholeCanbederiv

4、edusingtheleastsquaresmethod．ThenovelmethoddoesnotneedtheposeofthemeasurementequipmentandCanbeflexiblyappliedtotheengineeringpractice．Keywords：CurvedpanelAutomaticdrill-ingNormalLeastsquaremethodDoI：10．16080／j．issnl671-833x．2015．21．134飞机装配是飞机制造过程中的一个非常重要的环节，现代飞机所面临的飞行环

5、境和飞行任务的多样性和复杂性对飞机性能提出了更高的要求，推动飞机装配等飞机制造关键技术出现新的突破。飞机壁板的自动化制孔技术是高度集成化的飞机零部件高精度制孔技术，该技术是飞机结构长寿命连接、满足复合材料和钛合金结构高精度制孔要求的重要保障，制孔末端执行器的设}航空基金项目(20121625008)资助。134航空翻造技术·2015年第21期计是自动化制孔系统中的关键技术之一，其难点在于保证法向检测精度和传感器标定方法设计。制孔的垂直度是飞机曲面壁板制孑L作业中最重要的性能指标之一，据相关资料统计，当飞机紧固件沿外载荷作用方向的倾斜

6、角度大于2。时，飞机的疲劳寿命会降低47％左右；当倾斜角度超过5。时，疲劳寿命会大幅降低95％左右【l】。对于飞机曲面壁板制孔部位的法向测量，虽然国内外近些年在拟合算法方面已有大量的研究成果，但大都趋向于理论分析，并不能很好地应用于工程实践。例如，向量叉积法虽然计算简单，但是精度低；二次曲面拟合法对二次曲面虽然精度很高，但对一般的曲面具有一定的局限性；NURBS曲线法和三角网格法都要测量大量的点才能达到较高的精度，不适合实时的精确测量[2】。另外，传感器的类型与布置方式也会影响法向测量的准确度。中航工业北京航空制造工程研究所利用4个

7、接触式位移传感器来计算法向[3】，当制孔末端压脚紧压在制孔部位时，位移传感器的澳9量值会有所不同，根据这些测量值便可得出理论蒙皮法向与实际制孔法向的差值，进而进行法向调整。但该方法中压脚要紧压制孔部位，会导致制孔周边产生一定的变形，测量精度不能保证。北京航空航天大学利用3个激光位移传感器测量钻孔点周围3个特征点的坐标，通过叉积原理计算出钻头中心轴线与钻孔点法向量的夹角，最后利用二元角度调节法调整钻头方向，从而保证钻孔的垂直度嗍。但是这种方法需要保证3个激光位移传感器的发射点均匀地分布在钻头同心的圆周上，并且激光的发射方向需要跟钻头的

8、方向相同，对安装的精度要求较高，难以实现，在实际的工程应用中会有一定的局限性。针对以上问题，本文提出了一种基于最dx--乘平面拟合算法的多激光位移传感器，且适用于工程应用的制孔法向测量方法。1激光位移传感器的标定激光位移传感器可精确以