基于孔边距约束和Shepard插值的孔位修正方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252015VoI36No124025—4034ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：#hkxbbuaaedu．cnhkxb@buaa．edu．ca基于孔边距约束和Shepard插值的孔位修正方法王青1’*，郑守国1，李江雄1，柯映林1，陈磊21．浙江大学机械工程学院，杭州3100272．上海飞机制造有限公司，上海200436摘要：在飞机装配中制孔的位置精度直接影响飞机的最终装配质量，自动化制孔以飞机数模为基准，受装配误差影响，在机翼翼盒等封闭结构中，难以确保制孔位置

2、与骨架沟槽关键特征的边距满足工艺要求。提出一种基于孔边距约束和Shepard插值的自动化制孔位置评价及修正方法，通过激光跟踪仪及扫描仪获取实测骨架点云数据并进行去噪和配准，将骨架理论孑L位映射到点云模型获得实际制孔位置，提取骨架沟槽关键特征的边界点并构造Ferguson曲线作为边界曲线，基于此计算制孔约束区域中实际孔位的边距及孔边距偏差。针对孑L边距可能超差的情况，提出一种先基于孔边距偏差修正约束孔位再利用Shepard插值法修正其余孔位的孔位修正策略，在满足孔边距要求的同时保留了原孔位的行列分布特性。运用所提出的方法对某型飞机机翼骨架进行测量和数据处理，验证了该方法的有

3、效性。关键词：孔位；边界；孔边距偏差；Shepard插值；修正策略中图分类号：V262．4文献标识码：A文章编号：i000—6893(2015)12—4025—10在飞机装配中，结构件连接以机械连接为主，连接孔的位置精度和表面质量对飞机的使用寿命及安全性有着重要的影响[1]。传统的人工制孔操作灵活、适应复杂工况、成本低，但存在步骤多、耗时、加工质量不稳定、工作环境差等缺点[2]，尤其是复合材料制孔，给工人的身体健康带来隐患。工业机器人因其具有灵活、占用空间小、可达性好等优点而被广泛应用于飞机零部件的装配。EI公司与空客公司联合开发了一种机器人柔性装配系统，用于机翼壁板与骨

4、架的装配[3]，还开发了一套5轴自动化制孔设备HAWDE(HorizontalAutomatedWingDrillingEquip—ment)，对A380整个机翼上下表面进行制孔[4]。Sunnanbo[朝提出应用激光跟踪仪测量技术直接对机器人运动位姿进行实时检测和补偿的方法，提高了机器人的运动精度。曲巍崴等[6]进一步系统地分析研究了机器人制孔位置精度的影响因素及补偿方法，构建了一种基于激光跟踪仪闭环反馈的机器人辅助飞机装配制孔系统，该方法有效抑制了制孔过程中由于机械加工、坐标转换算法、测量仪器等复杂组合因素所带来的残留误差，提高了机器人制孔的位置和姿态精度，改善了加工

5、质量。董辉跃等口1构造误差Coons曲面函数对机器人坐标转换误差进行补偿，提高了机器人自动制孔的孔位精度。随着激光测量技术和机器人自动化制孔技术的发展，在飞机数字化装配中被广泛采用，一般情况下，机器人基于基准孔配准数学模型与实际模型，并对蒙皮与骨架区域进行自动化制孔，可以满足大部分区域制孔要求，但在机翼翼盒等密封性收稿日期：2014—11—14；退修日期：2015-01—12；录用日期：2015-02—11；网络出版时间：2015—03—0410：53网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V201503041053002html基金

6、项目：国家自然科学基金(51375442)*通讯作者Tel：0571—87953927E—mail：wqing@zju．edu．cn礅用袼武；WangQ，ZhengSG．LiJX．eta1．AcorrectionmethodforholepositionsbasedonholemarginconstraintsandShepardinterpola—tionFJ]ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015，36(12)：4025—4034．I青．郑守国，李江雄，等．基于孔边距约束和Shepard插值的孔位修正方法￡J]航空学报，201

7、5，36(12)：4025—4034．航空学报Dec．252015VoI．36No．12能要求极高的封闭结构中，难以确保在关键区域中制孔位置与骨架沟槽关键特征的边距满足工艺要求，易产生应力集中或性能破坏，降低机翼的结构强度和密封性能。针对机翼翼盒等密封结构在关键特征区域的制孔问题，本文提出一种基于孔边距约束和Shepard插值的自动化制孔位置评价及修正方法，保证制孔边距满足工艺要求。首先利用激光跟踪仪和扫描仪获取骨架表面的实测点云数据，将点云模型与设计数模配准获取对齐变换矩阵，进而将骨架数模上理论孔位映射到点云模型上获得实际制