一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，包括如下步骤：在待加工飞机零件的表面刻划三组十字标记线；采用基于视觉的多种数字化测量方法对该待加工飞机零件进行综合化测量，获得表面的点云数据，获得十字标记线的中心点数据；提供CAD模型，将测量的点云数据与CAD模型进行最佳对齐，得到CAD模型中的待加工轮廓在点云数据中的位置，得到十字标记线在CAD模型坐标系下的位置；将待加工飞机零件安放夹紧在加工机床上，利用十字标记线中心点建立机床上待加工飞机零件的工件坐标系；利用十字标记线中心点计算工件坐标系与CAD模型坐标系之间的关系，对待加工轮廓在工件坐标系下进行数控编程；利用数控程序对待加工飞机零件进行加工。
【专利说明】一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其属于飞机零件加工领域。
【背景技术】:
[0002]飞机部件大多由易变形的薄壁零件装配而成，零件装配过程受薄壁零件加工工艺的影响，精度控制难度大。为保证飞机两组零件之间能够相互匹配，通常在其中一组零件上留有加工余量，在装配过程中根据实际情况对零件进行修配，称为匹配加工。因而按照匹配后是否加工将飞机部件分为两部分:待加工零件和与待加工零件相匹配的零件。
[0003]飞机部件装配过程中的匹配加工需要根据零件的实际形状来进行针对性加工，目前常采用手工加工方法:将两组零件在装配型架上根据设计的部位进行匹配定位，根据定位情况在零件上画出待加工的轮廓，采用电动切割工具对轮廓进行手工切割。手工加工方法劳动强度大，加工精度也得不到保证。
[0004]随着数字化测量方法的广泛应用，为飞机部件装配过程中的匹配零件加工提供了新的技术手段，使得能够在装配前对零件的实际形状进行数字化获取，根据测量结果在计算机中对零件的装配情况进行最佳对齐的模拟匹配，确定匹配后的待加工轮廓，然后将匹配后的结果反映到加工机床上，从而实现数控自动加工。其中主要难题有:(I)通常的最佳对齐的模拟匹配是对所有数据点的最佳逼近，因此对齐结果与测量数据点的分布情况密切相关，数据点密集的地方对对齐结果影响大，而数据点稀疏的地方则对对齐结果的影响小；
(2)飞机零件形状不精确，因而在其上定义的用于数控加工定位的基准精确度也不高，这样由于定位的不准确使得数控加工得到的轮廓与匹配确定的轮廓之间存在较大误差。
【发明内容】
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[0005]本发明提供一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其利用数字化测量方法的高精度数据获取能力，解决最佳对齐过程与数据点的分布密度相关的问题以及数控机床加工过程的飞机零件定位问题。
[0006]本发明采用如下技术方案:一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，所述飞机部件包含两部分:待加工零件和与待加工零件相匹配的零件，并包括如下步骤
[0007]I).在待加工飞机零件的表面刻划三组十字标记线；
[0008]2).采用基于视觉的多种数字化测量方法对该待加工飞机零件进行综合化测量，获得表面的点云数据，获得十字标记线的中心点数据；
[0009]3).提供CAD模型，将测量的点云数据与CAD模型进行最佳对齐，得到CAD模型中的待加工轮廓在点云数据中的位置，得到十字标记线在CAD模型坐标系下的位置；
[0010]4).将待加工飞机零件安放夹紧在加工机床上，利用十字标记线中心点建立机床上待加工飞机零件的工件坐标系；[0011]5).利用十字标记线中心点计算工件坐标系与CAD模型坐标系之间的关系，对待加工轮廓在工件坐标系下进行数控编程；
[0012]6).利用数控程序对待加工飞机零件进行加工。
[0013]进一步地，所述步骤I)中三组十字标记线分布于所述待加工飞机零件的边缘处，且所述三组十字标记线的中心点不处于同一条直线上。
[0014]进一步地，所述步骤2)中综合化测量采用光学扫描测量设备和与之配套的手持式测量光笔，所述光学扫描测量设备对待加工飞机零件表面进行测量，获得表面的点云数据PiQ = 1,2,-,η);所述手持式测量光笔中的测头采用尖测针对准十字线的中心，获得中心点数据A17A27A3O
[0015]进一步地，所述步骤3)中测量的点云数据与CAD模型进行最佳对齐具体如下:
[0016]测量的点云数据与CAD模型的最佳对齐在数学上表示为:
【权利要求】
1.一种基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述飞机部件包含两部分:待加工零件和与待加工零件相匹配的零件，并包括如下步骤 1).在待加工飞机零件的表面刻划三组十字标记线； 2).采用基于视觉的多种数字化测量方法对该待加工飞机零件进行综合化测量，获得表面的点云数据，获得十字标记线的中心点数据； 3).提供CAD模型，将测量的点云数据与CAD模型进行最佳对齐，得到CAD模型中的待加工轮廓在点云数据中的位置，得到十字标记线在CAD模型坐标系下的位置； 4).将待加工飞机零件安放夹紧在加工机床上，利用十字标记线中心点建立机床上待加工飞机零件的工件坐标系； 5).利用十字标记线中心点计算工件坐标系与CAD模型坐标系之间的关系，对待加工轮廓在工件坐标系下进行数控编程； 6).利用数控程序对待加工飞机零件进行加工。
2.如权利要求1所述的基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步骤I)中三组十字标记线分布于所述待加工飞机零件的边缘处，且所述三组十字标记线的中心点不处 于同一条直线上。
3.如权利要求2所述的基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步骤2)中综合化测量采用光学扫描测量设备和与之配套的手持式测量光笔，所述光学扫描测量设备对待加工飞机零件表面进行测量，获得表面的点云数据Pi α =1，2，…，η);所述手持式测量光笔中的测头采用尖测针对准十字线的中心，获得中心点数据Ai，八岔，Αβ ο
4.如权利要求3所述的基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步骤3)中测量的点云数据与CAD模型进行最佳对齐具体如下: 测量的点云数据与CAD模型的最佳对齐在数学上表示为:
5.如权利要求4所述的基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步骤4)中在数控机床上利用其在线测量系统得到三组十字标记线的中心点坐标值为C1, C2, C3，所述工件坐标系中:以C1为原点、C1与C2的连线为Y轴、C1C2C3三点构成的平面的法矢为Z轴，通过右手法则得到X轴。
6.如权利要求5所述的基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步骤3)中将R和T作用于PiQ = 1,2, - ,η)和A1, A2，A3，得到测量数据在CAD模型坐标下的坐标值Qi和B1, B2, B3,为:
Qi = RPi+T (i = I, 2，…，n)，Bj = RAj+T (j = I, 2，3)。
7.如权利要求6所述的基于数字化测量的飞机部件高精度匹配零件加工方法，其特征在于:所述步骤5)中将B1, B2, B3转换至C1C2C3确定的工件坐标系下所需的旋转矩阵和平移向量为R’和T’，B1B2B3与C1C2C3互相对应，因此有:
Cj = R，Bj+T' (j = I, 2，3) 可以解得R’和T’ ； 利用R’和T’将待加工轮廓S进行坐标转换，得到其在工件坐标系下的位置S’，即S’=R’ S+T’，对S’进行数控编程，得到加工代码。
【文档编号】G05B19/4097GK103995496SQ201410176052
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】刘胜兰, 叶南, 张丽艳 申请人:南京航空航天大学