用于飞机壁板制造的精度自修正方法及系统与流程

[0001]
本申请涉及航空制造领域，具体涉及用于飞机壁板制造的精度自修正方法及系统。


背景技术：

[0002]
飞机壁板具有尺寸大(例如2500mm
×
30000mm)、厚度薄(例如60mm)等特点，为属于典型的大型薄壁件。在飞机壁板加工或装配过程中，为了保证最终壁板的精度，必须将工件在加工或装配时的变形控制在一定范围内。目前，针对飞机壁板制造过程中的变形问题，通常采用在制造完成后以人工修正的方式来解决。在当前工艺条件下，飞机壁板外形的准确度是由工装来进行保证，例如，在装配过程中由装配型架来保证。装配型架是一种刚性定位技术，其对飞机壁板的支撑曲面不具有可变性，因此一种工装只能用于一种零件。这将大幅度降低制造柔性和效率，同时也涉及大量刚性工作的存放、维护、管理等问题。
[0003]
目前刚性定位技术渐渐被柔性定位技术所取代，该种技术可以用于不同零件的加工，可大幅提高制造柔性和效率，带来很强的经济效益。但是，柔性工装在设计时以工件静态的理论外形为参考，来设计关键特征点与支撑结构。但是飞机壁板在加工或装配过程中，一方面，理论外形会出现加工误差；另一方面，在装配作业中，局部加工会对工件产生较大作用力进而导致工件变形及定位关系的变化，从而导致应力集中及装配误差。这些误差如果在加工或装配过程中不加调整，将使得后续的装配过程产生更大的偏差。此外，人工调整费时费力，大大降低工作效率。


技术实现要素：

[0004]
本申请针对飞机壁板在制造过程中的变形问题，将视觉测量技术和柔性工装相结合，旨在提供一种用于飞机壁板制造的精度自修正方法。
[0005]
根据本申请的第一方面，提供一种用于飞机壁板制造的精度自修正方法，包括：
[0006]
根据所述飞机壁板的工艺信息，布置视觉测量系统；
[0007]
在工件制造过程中，使用所述视觉测量系统进行实时监测，获取测量数据；
[0008]
将获取的测量数据与工件的理论数据进行对比，获得实时误差；
[0009]
根据所述实时误差，调整柔性工装或制造装备的工艺参数。
[0010]
根据本申请的一些实施例，使用所述视觉测量系统进行实时监测，包括：
[0011]
使用结构光作为光源，照射被测工件。
[0012]
根据本申请的一些实施例，根据所述飞机壁板的工艺信息，布置双目测量系统，包括：
[0013]
根据工件制造过程中关键特征的位置来布置所述双目测量系统。
[0014]
根据本申请的一些实施例，根据所述飞机壁板的工艺信息，布置视觉测量系统，包括：
[0015]
根据工艺装备与工件的相对位置以及两者在制造过程中的运动位置关系，布置所
述视觉测量系统。
[0016]
根据本申请的一些实施例，根据所述飞机壁板的工艺信息，布置视觉测量系统，包括：
[0017]
根据工件安装位置的刚性，布置所述视觉测量系统。
[0018]
根据本申请的一些实施例，根据所述实时误差，调整柔性工装或制造装备的工艺参数，包括：
[0019]
调整所述柔性工装的支撑位置。
[0020]
根据本申请的一些实施例，根据所述实时误差，调整柔性工装或制造装备的工艺参数，包括：
[0021]
调整所述柔性工装的支撑刚度。
[0022]
根据本申请的第二方面，提供一种用于飞机壁板制造的精度自修正系统，其特征在于，包括：
[0023]
视觉测量系统，用于获取工件的实时图像；
[0024]
柔性工装，用于为工件提供支撑并将其固定。
[0025]
制造装备，对工件进行制造；
[0026]
控制装置，预置精度修正策略，分别与所述双目测量系统、柔性工装、制造装备相连；根据所述实时图像获取工件的实时误差，并向所述柔性工装或制造装备反馈精度修正策略。
[0027]
根据本申请的一些实施例，所述视觉测量系统，包括：双目测量系统。
[0028]
根据本申请的一些实施例，所述双目测量系统，包括：至少两个双目测量装置。
[0029]
本申请提供的精度自修正方法使用视觉测量景深数据的方式监测变形，测量范围大，测量响应较快；将变形数据对柔性工装进行反馈，充分利用柔性工装的柔性，提高薄壁件刚度，减少加工振动，从而修正制造精度。
[0030]
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例。
[0032]
图1示出根据本申请示例实施例的精度自修正方法流程图。
[0033]
图2示出根据本申请示例实施例的精度自修正系统。
[0034]
图3示出根据本申请示例实施例的双目测量装置立体图。
[0035]
图4示出根据本申请示例实施例的双目测量装置主视图。
[0036]
图5示出根据本申请示例实施例的双目测量装置右视图。
具体实施方式
[0037]
下面将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例。提供这些实施例是为使得本申请更全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同
或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
[0038]
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
[0039]
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
[0040]
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，可能不是按比例的。附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
[0041]
柔性工装在飞机壁板制造过程中的应用，使得在加工过程中调整支撑方案成为可能。通过调整制造过程中的柔性工装支撑方案，可以更好的避免因装夹产生的应力集中和变形。此外，视觉测量技术的发展和应用，使得飞机壁板支座过程中的在线测量成为可能。
[0042]
由此，本发明人针对飞机壁板等飞机壁板在制造过程中的变形问题，将视觉测量技术和柔性工装相结合，提出一种用于飞机壁板制造的精度自修正方法。
[0043]
图1示出根据本申请示例实施例的精度自修正方法流程图。
[0044]
如图1所示，本申请提供一种用于飞机壁板制造的精度自修正方法，包括：
[0045]
在步骤s110，根据所述飞机壁板工艺信息，布置视觉测量系统。
[0046]
所述视觉测量系统，用于在所述飞机壁板的制造过程中，对工件进行实时成像。根据本申请的实例实施例，视觉测量系统可以是双目测量系统。由于飞机壁板具有尺寸大、易变形特点，需要实时监测的关键部位相对分散。因此，需要由多个双目测量装置组成的双目测量系统来对整个工件进行实时测量。多个双目测量装置的位置直接影响实时监测的结果，并最终影响精度修正的正确性。因此，需要对多个双目测量装置的位置进行合理得布局。
[0047]
本申请提供的精度自修正方法中，多个双目测量装置的布局主要通过以下因素来确定：
[0048]
工件制造过程中关键特征的位置。以飞机壁板装配为例，在装配过程中，连接孔加工所导致的应力集中部位，易发生变形。因此，需要作为关键特征进行实时监测。
[0049]
工艺装备与工件的相对位置以及两者在制造过程中的运动位置关系。以飞机壁板装配为例，工艺装配可以是柔性工装、机器人制孔系统。多个双目测量装置的位置应避免与机器人制孔系统的运动轨迹以及柔性工装发生干涉。
[0050]
安装位置的刚性。多个双目测量装置安装位置需要具备足够的刚性，才能保证实时测量结果的准确性。
[0051]
考虑以上因素，并通过仿真手段进行测量空间的可达性分析，即可确定过个双目测量装置的位置。整个壁板由多个双目摄像头检测，保证每一壁板区域至少一个双目摄像头监测，且不存在过度倾斜的视角
[0052]
在步骤s120，在工件制造过程中，使用所述视觉测量系统进行实时监测，获取测量数据。
[0053]
使用视觉测量系统需要相应的照射光源。根据本申请的一些实施例，实时监测过程中，可以采用结构光作为照明，为视觉测量系统提供光源。与普通白光光源相比，结构光照射到金属壁板上时不会产生反光问题，因此不需要在被测物体表面粘贴大量的识别标识，可以大大减小工作量。
[0054]
视觉测量系统使用光学摄像头进行图像采集。由于光学摄像头的光学透镜存在畸变，所以在测量前，需要对光学摄像头进行畸变校正，得到其焦距和成像原点。此外，由于所述双目测量系统由至少两个双目测量装置组成，需要对多个双目测量装置的光学摄像头位置进行标定，从而获得多个光学摄像头的相对位置，使多个双目测量装置之间的成像原点坐标一致。
[0055]
完成校正和标定的所述视觉测量系统，实时监测工件加工过程，并获得实时图像。多个双目测量装置可以分别获取某一工件区域的实时图像。将实时图像与工件的原始图像进行特征匹配后可以获得对应的深度数据。多个双目测量装置匹配的景深数据进行图像融合后，即可获得整个工件各点的三维坐标。
[0056]
在步骤s130，将获取的测量数据与工件的理论数据进行对比，获得实时误差。
[0057]
通过视觉测量系统可以获得每个关键特征的离散点坐标。通过点坐标可以重构出三维测量模型。将各关键特征的测量模型与理论模型进行平移和旋转坐标变换，即可获得各个关键特征的变形误差，包括位置偏差和转动偏差。
[0058]
计算出所有关键特征的变形误差数据后，采用从局部变形到整体变形的计算方法即可获得整个工件的变形数据。例如，可以将关键特征的变形数据变换为不同位置关键特征的位移载荷信息，然后对构建好的理论壁板及关键特征装配有限元模型施加上述位移载荷，即可求解出工件的整体变形误差。
[0059]
在步骤s140，根据所述实时误差，调整调整柔性工装或制造装备的工艺参数。大型薄壁工件在加工中可能会出现扭曲、弯曲、滑移等情况。根据实时测量的结果，可以在制造过程中识别这些预期外的工况。
[0060]
根据不同的实时误差情况，可以在预置的策略库中寻找原因和解决办法。对加工过程所导致的实时误差，可以通过调整加工参数来修正加工精度。例如，对于制孔加工所导致的实时误差，可以调整加工设备的转速、进给量等工艺参数。对于工装夹紧力所产生的实时误差，可以通过调整柔性工装的支撑位置和/或支撑刚度，来修正制造精度。
[0061]
以飞机壁板装配过程为例，将分析得到的加工中的壁板的变形量根据预置策略对柔性工装的支撑点阵进行分解，可以得到各可动支撑点的随动量。根据可动支撑点的随动量对各支撑电机进行微调，改变壁板支撑点的刚度特性，可以达到缓解变形、避免震颤等目的。
[0062]
图2示出根据本申请示例实施例的精度自修正系统。
[0063]
根据本申请的第二方面，提供一种用于大型壁板加工的精度自修正系统1000。如图2所示，所述精度自修正系统1000包括：柔性工装200，制造装备300以及视觉测量系统400，以及控制装置(图中未示)。
[0064]
柔性工装200与工件100相连，为工件提供支撑并将其固定。柔性工装200还与控制
装置相连，获取控制装置的精度修正策略，并调整支撑点的方案或支撑刚度。
[0065]
制造装备300与控制装置相连，在对工件100进行加工的工过程中，从控制装置获取精度修正策略，并调整相应的加工参数。
[0066]
视觉测量系统400可以是双目测量系统，包括多个双目测量装置410，分别设置于工件100的周围，使得测量区域覆盖工件100的关键特征点。视觉测量系统400与控制装置相连，将获取的实时图像传输至控制装置进行误差判断。
[0067]
控制装置，可以是上位机，接收视觉测量系统400获取的实时图像，并对实时图像与原始图像进行特征匹配、得到深度数据。将多个双目测量装置匹配的景深数据进行图像融合，获得整个工件各点的三维测量坐标。将三维测量坐标与理论数据进行对比，即可获得工件的实时变形误差。
[0068]
控制装置中预置精度策略库。根据获得的实时变形误差，可从精度策略库中查询精度修正策略。例如，可以调整制造装备的加工参数，也可以调整柔性工装的支撑位置或刚度。
[0069]
图3示出根据本申请示例实施例的双目测量装置立体图。
[0070]
图4示出根据本申请示例实施例的双目测量装置主视图。
[0071]
图5示出根据本申请示例实施例的双目测量装置右视图。
[0072]
根据本申请的一些实施例，本申请提供的精度自修正系统所使用的双目测量装置410可以是图3至图5中所示的双目摄像机。
[0073]
如图3所示，双目测量装置410包括主体411、两个光学摄像头412、两个光源413、一组标定灯414、俯仰驱动装置415、旋转驱动装置416以及底座417。
[0074]
两个光学摄像头412、两个光源413、一组标定灯414设置于主体411上。两个光学摄像头412左右各一个，用于采集实时光栅图像。根据本申请的一些实施例，光学摄像头412可以采用ccd相机。光源413与光学摄像头一一对应设置，发射带有相位差的散斑编码光源。一组标定灯414设置于光学摄像头412和光源413周围，为双目测量装置410的机互相标定提供标定参考。
[0075]
俯仰驱动装置415和旋转驱动装置416设置于底座417上，并与主体411相连。俯仰驱动装置415可带动光学摄像头上下俯仰，旋转驱动装置416可驱动光学摄像头左右旋转，从而实现双目摄像机之间的自动标定。
[0076]
本申请提供的精度自修正方法将三维实时成像技术应用于飞机壁板的制造过程中，获取工件的实时测量数据；并将实时测量数据与理论数据进行对比，获得制造过程中的实时误差；根据实时误差执行相应的精度修正策略并反馈给柔性工装或制造装备，通过调整柔性工装的支撑方案或制造装配的加工参数对制造精度进行自修正。由此，缓解变形、避免震颤，从而修正飞机壁板的制造精度。
[0077]
本申请提供的精度自修正方法中，使用双目摄像头测量景深数据的方式监测变形，测量范围大，测量响应较快；将变形数据对柔性工装进行反馈，充分利用柔性工装的柔性，提高薄壁件刚度，减少加工振动，从而修正制造精度。
[0078]
显然，上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的
变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。