装配自动化制孔精准定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种装配自动化制孔精准定位方法，以五轴加工机床与激光跟踪仪组建制孔系统，将产品在装配型架上安装达到稳定制孔状态后，一同移至五轴加工中心并固定，利用激光跟踪仪通过装配型架的基准点建立坐标系，扫描产品外形轮廓，经逆向将扫描得到点云生成实体数模，通过测量软件，在所述实体数模表面自动生成空间上与产品外形轮廓理论点3D空间最近的孔位，以此孔位作为五轴加工制孔的依据。本发明的优点是提高了加工精度，省去了制孔过程中的复杂运算、反复校准，保证制孔的位置度、法相垂直度、锪窝深度的精度优于自动化制孔规范要求；无需价格昂贵的末端执行器，降低了制造成本，使生产效率得到最大化。
【专利说明】装配自动化制孔精准定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种装配制孔的定位方法，特别是一种装配自动化制孔时减小实际值与理论值偏差的精准定位方法。
【背景技术】
[0002]目前飞机装配自动化制孔系统采用机械手臂或者五轴加工机床为主要驱动定位系统，结合末端执行器进行制孔。机械手臂与五轴的制孔设备按照产品孔位的理论数模，通过离线编程运动到理论数模位置，而实际产品与理论数模是有误差的，如果直接按理论数模加工，会导致孔的法向超差以及锪窝的精度超差。目前的解决办法是利用末端执行器中的压力脚，根据制孔区域实际曲面外形贴合产生的压力反馈进行法向调整，或者是采用照相测量功能进行校正后调整法向方向与锪窝深。缺点是都需要在产品零件状态精确预制定位基准孔，然后以此为基准，形成一定的加工范围，且由于所有制孔程序都是基于理论数模进行离线编程的，姿态调整是每次制孔过程都要做的一道工序。姿态调整的精确度降低了制孔精度，增加了制孔的工序时间。零件预制的基准孔的控制半径有限，需要提前预制大量的精准的基准孔，零件本身的预制基准孔时的误差积累，装配时的误差，都会降低整体组件的制孔位置度精度、孔径、锪窝精度，从而导致大型组件自动化制孔的工序多，程序复杂，运算难度加大，易出现故障，很难保证高效率、大尺寸、高精度的自动化制孔加工。
【发明内容】
[0003]发明目的:针对上述问题，本发明的目的是提供一种减小实际值与理论值偏差的装配自动化制孔精准定位方法，无需制孔过程中的复杂运算、反复校准，提高加工精度，降低制造成本。
[0004]技术方案:一种装配自动化制孔精准定位方法，以五轴加工机床与激光跟踪仪组建制孔系统，将产品在装配型架上安装达到稳定制孔状态后，一同移至五轴加工中心并固定，利用激光跟踪仪通过装配型架的基准点建立坐标系，扫描产品外形轮廓，经逆向将扫描得到点云生成实体数模，通过测量软件，在所述实体数模表面自动生成空间上与产品外形轮廓理论点3D空间最近的孔位，以此孔位作为五轴加工制孔的依据。
[0005]将产品制孔加工区域按需划分单元，在加工完每一个单元后，都进行测量检测，以防止产品加工过程中的变形影响加工精度。
[0006]生成所述实体数模的点云数模信息包括产品制孔的外形数据集、孔的法向方向数据集、孔锪窝深度数据集。
[0007]本发明的原理是:第一，由于五轴加工中心加工的是实际产品，因此在产品预连接部分标准件形成稳定组件达到制孔状态后，利用激光跟踪仪对产品进行检测，确保产品的实际外形与理论数模的误差在合理范围内，并通过扫描产品的外形得到点云，经逆向得到产品的实际外形数模；在实际外形数模的表面，测量软件自动生成空间上与产品外形轮廓理论点3D空间最近的孔位，以产品的实际孔位生成五轴加工的数模依据；第二，以加工工装装配型架上的基准点建立统一坐标系，且测量基准与加工基准是同一个基准，不存在转换基准的误差，能够一次覆盖整个产品尺寸，无需预制数量众多的基准孔进行多次校正。主要通过以上两点，保证制孔的位置度、法相垂直度、锪窝深度的精度。
[0008]有益效果:与现有技术相比，本发明的优点是提高了加工精度，省去了制孔过程中的复杂运算、反复校准，将五轴加工中心的加工误差及工装测量误差全部计算在内，最终加工孔的位置度控制在0.05，孔径的法向精度能达到90±0.15°，锪窝窝深精度能够达到±0.04mm，孔径尺寸能达到H7精度，优于自动化制孔规范要求；五轴加工机床与激光跟踪仪组建的一套集检测和制孔于一体的自动化制孔系统，可完全替代目前自动化制孔设备必备的价格昂贵的末端执行器，且五轴加工机床与激光跟踪仪都可以单独用于零件加工及零组件测量，降低了制造成本，使生产效率得到最大化。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为以工装装配型架上的基准孔建立全机坐标系的示意图；
[0010]图2为肋的实际外形与理论外形的偏差示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0012]以某大型飞机副翼为例，阐述本发明方法的具体实施过程。
[0013]装配定位副翼中肋后，预连接部分标准件形成稳定组件达到制孔状态，即自身具备一定的刚性，能够夹持在装配型架上，满足五轴加工中心加工时不变形的状态，运送至五轴加工中心，用于加工余下的标准件孔。
[0014]如附图1所示，以工装装配型架上的基准孔建立全机坐标系，附图标识1、2、3即为在工装4上建立坐标系的基准孔。利用对产品肋进行激光扫描检测，确保产品的实际外形与理论数模的误差在规范要求范围内。此时由于肋零件的制造误差、装配误差、工装的制造误差等积累到总误差，会导致肋的实际制孔加工曲面与理论数模存在差异，利用激光跟踪仪扫描产品获取实际外形点云数据集。
[0015]通过Catia软件分析将扫描得到的点云逆向生成产品的制孔区域的实际外形数模，数模信息包括产品制孔的外形数据集、孔的法向方向数据集、孔锪窝深度数据集。为保证数据构型管理的唯一性，孔位信息是在实际外形数模的表面，软件自动生成空间上与理论孔位3D空间最近的孔数模，以实际产品的孔位曲面法向数模生成五轴加工的数模依据，从而保证制孔的法向与锪窝深度的精度。
[0016]附图2所示为肋的部分理论数模外形，阴影部分为理论外形与实际外形之间的误差，经测量，此误差在允许范围之内。
[0017]数控根据数模编辑加工程序，制造时以工装上的基准孔作为加工基准建立坐标系，这样建立数模的测量基准与加工基准是同一个基准，不存在转换基准的误差，提高产品的制造精度，并且能够只建立一个坐标系就能一次加工整个产品，无需预制数量众多的基准孔，无需进行多次校正，不会导致误差的积累而影响产品精度。[0018]孔的最终检验，孔的位置度控制在0.05，孔径的法向精度能达到90±0.15°，锪窝窝深精度能够达到±0.04mm，孔径尺寸能达到H7精度，优于自动化制孔规范要求。
【权利要求】
1.一种装配自动化制孔精准定位方法，其特征在于:以五轴加工机床与激光跟踪仪组建制孔系统，将产品在装配型架上安装达到稳定制孔状态后，一同移至五轴加工中心并固定，利用激光跟踪仪通过装配型架的基准点建立坐标系，扫描产品外形轮廓，经逆向将扫描得到点云生成实体数模，通过测量软件，在所述实体数模表面自动生成空间上与产品外形轮廓理论点3D空间最近的孔位，以此孔位作为五轴加工制孔的依据。
2.根据权利要求1所述的装配自动化制孔精准定位方法，其特征在于:将产品制孔加工区域按需划分单元，在加工完每一个单元后，都进行测量检测。
3.根据权利要求1所述的装配自动化制孔精准定位方法，其特征在于:生成所述实体数模的点云数模信息包括产品制孔的外形数据集、孔的法向方向数据集、孔锪窝深度数据集。
【文档编号】B23Q17/24GK103522126SQ201310475511
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】魏洪峰, 郭渊, 陆明富, 高乾坤, 刘园园, 朱志为, 仲镇, 朱云安, 贾傲, 罗德意, 包立敏 申请人:航天海鹰(镇江)特种材料有限公司