一种吸附于数控定位器的大部件位姿变化检测方法

技术领域

本发明涉及航空飞行器技术领域，具体涉及一种吸附于数控定位器的大部件位姿变化检测方法。

背景技术

在大部件加工/装配领域，一般采用≥3个三坐标的数控定位器将大部件支撑定位、吸附，再对大部件进行加工/装配，在这个过程中不能保证大部件因受到精加工机床的作用力或者其他装配工艺的影响而发生位姿变化，存在严重的质量隐患。目前在大部件加工/装配领域，仅仅是通过激光跟踪仪对加工/装配前的大部件姿态进行标定。

例如专利申请号为CN202010616380.7，申请日为2020-06-30，名称为《一种针对飞机大部件调姿的球铰中心标定方法》的发明专利，其公开了一种针对飞机大部件调姿的球铰中心标定方法，该方法在飞机部件托架上增制若干个ERS点，并标定球铰中心与ERS点的关系，在飞机部件调姿时可用激光跟踪仪直接测量ERS点，即可求解出定位器球铰中心位置。

但是上述专利在大部件加工/装配过程中以及加工/装配结束后未进行位姿的标定，无法保证大部件加工/装配的质量。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种吸附于数控定位器的大部件位姿变化检测方法，实现了实时监控吸附于数控定位器的大部件的位置姿态是否发生变化，完成大部件装配/加工质量的过程监控，有效的保证了其加工/装配质量。

为实现上述技术效果，本申请的技术方案为：

一种吸附于数控定位器的大部件位姿变化检测方法，包括以下步骤：

步骤1、在数控定位器上确定四个点位并安装激光位移传感器；

步骤2、通过激光跟踪仪标定所述四个激光位移传感器在全局坐标系中的位置(x

步骤3、在数控定位器吸附大部件后，通过激光位移传感器测量其与大部件之间的距离d

步骤4、在大部件加工/装配过程中，通过激光位移传感器测量其与大部件之间的距离d′

步骤5、根据步骤3所计算的四个点位，选择任意三个点位构成一平面，分别为平面ABC、ABD、ACD、BCD，可分别计算其平面法向量

步骤6、根据步骤5计算出的四个平面的法向量计算其两两法向量的夹角θ

步骤7、根据步骤5计算出的四个平面的法向量，可计算其法向量之和

步骤8、根据步骤4所计算的四个点位，同步骤5分别计算平面A′B′C′、A′B′D′、A′C′D′、B′C′D′，可分别计算其平面法向量

步骤9、根据步骤8计算出的四个平面的法向量计算其两两法向量的夹角θ′

步骤10、根据步骤8计算出的四个平面的法向量，可计算其法向量之和

步骤11、根据步骤6计算出的大部件加工/装配前的向量夹角，和步骤9计算出的大部件加工/装配后的向量夹角，分别计算其差值Δθ

进一步地，所述步骤5中平面法向量的计算公式如下：

其中a

进一步地，所述步骤6中的夹角计算公式如下：

进一步地，所述步骤7中法向量之和计算公式如下：

其中a、b、c为计算所得常量值。

进一步地，所述步骤8中的平面法向量的计算公式如下：

其中a′

进一步地，所述步骤9中的夹角公式如下：

进一步地，所述步骤10中法向量之和计算公式如下：

其中a′、b′、c′为计算所得常量值。

进一步地，所述步骤11中夹角关系可由

来确定，a、b、c、a′、b′、c′为计算所得常量值。

进一步地，一旦判定出大部件发生了位姿变化，应当立即停止加工/装配，并且将该大部件下架，重新执行大部件上架、调姿等操作将大部件姿态调整为理论位置，才能继续加工/装配，再重复步骤2～步骤11所述方法进行大部件的位置监控。

本申请的优点为：

1、本发明的实用性强，本发明通过实时监控加工/装配过程中大部件的位置姿态，实现大部件加工/装配质量的过程监控，保证其加工/装配质量，提高加工/装配时效性。

2、本发明的测量精度可靠，本发明采用激光位移传感器进行测量，其检测精度高、性能稳定，可适应复杂加工环境，保证测量值的准确性。

3、本发明的适用范围广，本发明适用于任意吸附或者夹持在数控定位器上的大部件的位姿监测。

附图说明

图1是本发明涉及的四个激光位移传感器在数控定位器上的安装示意图。

图2是本发明涉及的激光位移传感器在大部件表面测得的四个点位示意图。

图3是本发明涉及的激光位移传感器检测出的任意三点构成的平面的法向量及其法向量之和示意图。

图4是本发明涉及的某大部件零件发生位姿变化的局部示意图。

图5是本发明涉及的方案实现流程图。

图中，1～4.四个激光位移传感器，5.真空吸盘，6.Z轴，7.Y轴，8.X轴，9.某大部件局部表面，10.平面ABC的向量，11.平面ABD的向量，12.平面ACD的向量，13.平面BCD的向量，14.四个平面法向量之和，15.大部件发生位姿变化后，16.大部件的初始位姿，17.位姿变化后的测量点，18.初始位姿的测量点。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

一种吸附于数控定位器的大部件位姿变化检测方法，包括以下步骤：

步骤1、在数控定位器上确定四个点位并安装激光位移传感器，所述四个点位需满足以下要求：不干涉定位器XYZ三个方向的运动，安装牢固可靠，四个点位间距应尽可能大，且任意三个点位不在一条直线上，可构成一个平面；

步骤2、通过激光跟踪仪标定所述四个激光位移传感器在全局坐标系中的位置(x

步骤3、在数控定位器吸附大部件后，通过激光位移传感器测量其与大部件之间的距离d

步骤4、在大部件加工./装配过程中，通过激光位移传感器测量其与大部件之间的距离d′

步骤5、根据步骤3所计算的四个点位，选择任意三个点位构成一平面，分别为平面ABC、ABD、ACD、BCD，可分别计算其平面法向量

步骤6、根据步骤5计算出的四个平面的法向量计算其两两法向量的夹角θ

步骤7、根据步骤5计算出的四个平面的法向量，可计算其法向量之和

步骤8、根据步骤4所计算的四个点位，同步骤5分别计算平面A′B′C′、A′B′D′、A′C′D′、B′C′D′，可分别计算其平面法向量

步骤9、根据步骤8计算出的四个平面的法向量计算其两两法向量的夹角θ′

步骤10、根据步骤8计算出的四个平面的法向量，可计算其法向量之和

步骤11、根据步骤6计算出的大部件加工/装配前的向量夹角，和步骤9计算出的大部件加工/装配后的向量夹角，分别计算其差值Δθ

进一步地，所述步骤5中平面法向量的计算公式如下：

其中a

进一步地，所述步骤6中的夹角计算公式如下：

进一步地，所述步骤7中法向量之和计算公式如下：

其中a、b、c为计算所得常量值。

进一步地，所述步骤8中的平面法向量的计算公式如下：

其中a′

进一步地，所述步骤9中的夹角公式如下：

进一步地，所述步骤10中法向量之和计算公式如下：

其中a′、b′、c′为计算所得常量值。

进一步地，所述步骤11中夹角关系可由

来确定，a、b、c、a′、b′、c′为计算所得常量值。

进一步地，一旦判定出大部件发生了位姿变化，应当立即停止加工/装配，并且将该大部件下架，重新执行大部件上架、调姿等操作将大部件姿态调整为理论位置，才能继续加工/装配，再重复步骤2～步骤11所述方法进行大部件的位置监控。

大部件表面特征为曲面时，一旦大部件发生了位姿变化(包括平移、倾斜、旋转等)，激光位移传感器测得的值都会发生变化。

激光位移传感器需实时监测大部件的位置。

激光位移传感器需检测精度高、性能稳定，可适应恶劣环境。

实施例2：

具体实施步骤如下：

步骤一：在数控定位器上确定四个点位并安装激光位移传感器，如图1中所示1～4为本实施例中激光位移传感器的安装位置；

步骤二：通过激光跟踪仪标定这四个激光位移传感器在全局坐标系中的位置1(x

步骤三：在数控定位器吸附大部件后，激光位移传感器测量自身与大部件之间的距离d

步骤四：在大部件加工/装配过程中，激光位移传感器测量自身与大部件之间的距离d′

步骤五：根据步骤三所计算的四个点位，可选择任意三个点位可构成一平面，分别为平面ABC、ABD、ACD、BCD，如图3所示，分别计算其平面法向量

其中a

步骤六：根据步骤五计算出的四个平面的法向量，其两两法向量的夹角θ

步骤七：根据步骤五计算出的四个平面的法向量，如图3所示，计算其法向量之和

其中a、b、c为计算所得常量值。

步骤八：根据步骤四所计算的四个点位，同步骤五分别计算平面A′B′C′、A′B′D′、A′C′D′、B′C′D′，分别计算其平面法向量

其中a′

步骤九：根据步骤八计算出的四个平面的法向量，其两两法向量的夹角θ′

步骤十：根据步骤八计算出的四个平面的法向量，计算其法向量之和

步骤十一：根据步骤六计算出的大部件加工/装配前的向量夹角，和步骤九计算出的大部件加工/装配后的向量夹角，分别计算其差值Δθ

来确定，若θ大于设定的阈值，则判定该大部件发生了位姿变化。

步骤十二：当该大部件发生了位姿变化后，立即停止加工/装配，并且将该大部件下架，重新执行大部件上架、调姿等操作将大部件姿态调整为理论位置，继续加工/装配，并且重复步骤二～步骤十一进行大部件位姿的实时监测。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。