基于激光扫描的飞机蒙皮打磨装置及飞机蒙皮打磨方法

技术领域

本发明涉及飞机蒙皮打磨技术领域，特别涉及基于激光扫描的飞机蒙皮打磨装置及飞机蒙皮打磨方法。

背景技术

飞机蒙皮指的是包覆在飞机骨架外且用粘接剂或铆钉固定于飞机骨架上并形成飞机外形的构件。未组装的飞机蒙皮通过激光扫描确定其外形符合设计要求之后，安装在飞机骨架上整体组成飞机外形。飞机外形在经过风洞测试确定其气动性能符合要求后，将该飞机蒙皮和飞机骨架的组合作为以后量产时和维修时参考的标准外形。

因飞机蒙皮的破损会导致飞机气动性能下降甚至危及飞行安全，在每次出行前均需要对飞机蒙皮进行检修，并在对飞机蒙皮修补后需要测量修补后的飞机外形的准确度。

在生产阶段，飞机外形的准确度通过三坐标测量机进行扫描获取，并在获取扫描结果后与标准外形进行比对确定。而在维修阶段，由于飞机整体外形巨大，大型三坐标测量机成本高昂，一般的机场维修站并没有条件配备能够扫描飞机整体外形的三坐标测量机。现有技术中有人采用无人机对飞机进行激光扫描后建立三维模型进行比对的方式确定修补后飞机外形（下文将修补后飞机外形简述为维修外形）的准确度，而由于安装蒙皮后的飞机气动模型精度需要达到0.01mm级，这种方式仍然难以保证维修外形的精度。

发明内容

本发明旨在至少解决背景技术中存在的技术问题之一。

为了达到上述目的，本发明提供基于激光扫描的飞机蒙皮打磨装置，包括：

激光扫描机构，所述激光扫描机构包括无人机和安装在无人机的激光扫描仪，所述激光扫描机构用于定位飞机的放置位置和角度；

移动机构；

打磨机构，所述打磨机构包括六轴机器人、连接盘、打磨电机和打磨盘，所述六轴机器人安装在移动机构上，所述六轴机器人的驱动端与打磨电机连接，所述打磨电机与所述连接盘驱动连接，所述打磨盘设在连接盘上；

检测装置，所述检测装置与连接盘固接，所述检测装置用于获取打磨盘的振动频率信息。

作为上述技术方案的一些子方案，所述连接盘包括盘体以及检测架，所述打磨电机与所述盘体驱动连接，所述检测架背向所述打磨电机伸出，所述检测装置固定在盘体背向打磨电机的一侧，所述打磨盘上设置有避让安装所述检测装置的孔，所述打磨盘固定在盘体背向所述打磨电机的一侧。

作为上述技术方案的一些子方案，所述检测装置包括检测元件和控制电路板，所述控制电路板设置在连接盘上，所述检测元件设置在控制电路板背向连接盘的一侧，所述检测元件与打磨盘紧接。

作为上述技术方案的一些子方案，所述检测元件为位移传感器。

作为上述技术方案的一些子方案，所述检测元件的数量为两个以上，所述检测架的数量与所述检测元件的数量相对应，所述检测元件和所述检测架均沿所述连接盘的圆周方向均匀布置。

本发明还提供飞机蒙皮打磨方法，包括如下步骤：

S100：对飞机出厂时的标准外形进行喷漆；

S200：通过激光扫描机构对飞机进行扫描确定飞机的放置位置和角度，然后确定打磨深度、打磨转速、打磨盘、打磨路径以及沿路径的前进速度，对S100中喷漆后的标准外形进行打磨；

S300：检测装置采集振动频率信息，设为标准打磨频率信息；

S400：控制器根据标准打磨频率信息输出标准频谱图；

S500：在对飞机蒙皮的维修点填料修补并磨平后得到维修外形，对维修点进行喷漆后，通过激光扫描机构对飞机进行扫描确定飞机的放置位置，然后以S200中相同的打磨深度、打磨转速、打磨盘和打磨路径对维修点进行打磨；

S600：检测装置采集整个打磨过程中打磨盘的振动频率信息，设为修补打磨频率信息；

S700：控制器根据修补打磨频率信息输出修补频谱图；

S800：控制器比较修补频谱图与标准频谱图；若修补频谱图的最高点高于标准频谱图的最高点，同时，修补频谱图的最高点的右侧的高点符合往右逐渐降低且均高于标准频谱图的最高点的规律，控制器则发出警报。

作为上述技术方案的一些子方案，在步骤S300中，检测装置采集标准打磨频率信息时，控制器还对应地记录振动频率信息的采集时间；同时在步骤S600中，检测装置在采集修补打磨频率信息时，控制器还对应地记录振动频率信息的采集时间，并且在步骤S800中，控制器进行比对时，对修补频谱图和标准频谱图以一定的时间区间分段进行比对。

作为上述技术方案的一些子方案，步骤S800中，控制器在比对修补频谱图与标准频谱图的最高点时，将标准频谱图的最高点的振幅乘以容差系数后与修补频谱图的最高点进行比较。

作为上述技术方案的一些子方案，控制器将标准打磨频率信息转换为txt格式的文件并设其为第一文件，控制器将修补打磨频率信息转换为txt格式的文件并设其为第二文件，控制器采用快速傅里叶变换函数对第一文件和第二文件进行处理，得到标准频谱图和修补频谱图。

本发明的有益效果：该飞机蒙皮打磨装置配备了检测装置，在对飞机蒙皮打磨的同时获取打磨盘的振动频率，通过比较飞机蒙皮打磨装置对标准外形的飞机蒙皮打磨时以及对维修外形的飞机蒙皮打磨时的振动频率，获知维修外形与标准外形的一致性，提供多一个维度来判断维修外形的准确度。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的基于激光扫描的飞机蒙皮打磨装置的使用示意图；

图2为打磨机构2的示意图；

图3为图2中A处的局部剖视图；

图4为本发明的飞机蒙皮打磨方法的逻辑流程图；

图5为步骤S310的示意图；

图6为步骤S610的示意图；

图7为步骤S810的示意图；

图8为标准频谱图；

图9为修补频谱图。

附图中：1-移动机构；2-打磨机构；21-打磨电机；22-连接盘；221-盘体；222-检测架；23-打磨盘；24-六轴机器人；3-检测装置；4-无人机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图9对本发明的实施例作出说明。

本发明提供基于激光扫描的飞机蒙皮打磨装置及飞机蒙皮打磨方法。具体地，实现该飞机蒙皮打磨方法需要用到飞机蒙皮打磨装置、控制器、显示面板。飞机蒙皮打磨装置包括激光扫描机构、移动机构1、打磨机构2和检测装置3，激光扫描机构通过安装在无人机4上的激光扫描仪飞行扫描定位飞机的放置位置和角度，移动机构1用于带动打磨机构2移动以打磨飞机蒙皮，检测装置3用于获取打磨频率信息并与控制器通讯连接以传输打磨频率信息，显示面板与控制器通讯连接以在控制器对打磨频率信息处理后进行展示。

飞机蒙皮打磨方法包括如下步骤：

S100：对飞机出厂时的标准外形进行喷漆，其中标准外形指的是在生产阶段中飞机蒙皮组装至飞机骨架后并通过了风洞测试的飞机整体的外形；

S200：通过激光扫描机构对飞机进行扫描确定飞机的放置位置和角度，然后确定打磨深度、打磨转速、打磨盘23、打磨路径以及沿路径的前进速度，对S100中喷漆后的标准外形进行打磨；

S300：检测装置3采集振动频率信息，设为标准打磨频率信息；

S400：控制器根据标准打磨频率信息输出标准频谱图；

S500：在对飞机蒙皮的维修点填料修补并磨平后得到维修外形，对维修点进行喷漆后，通过激光扫描机构对飞机进行扫描确定飞机的放置位置，然后以S200中相同的打磨深度、打磨转速、打磨盘23和打磨路径对维修点进行打磨；

S600：检测装置3采集整个打磨过程中打磨盘23的振动频率信息，设为修补打磨频率信息；

S700：控制器根据修补打磨频率信息输出修补频谱图；

S800：控制器比较修补频谱图与标准频谱图；若修补频谱图的最高点高于标准频谱图的最高点，同时，修补频谱图的最高点的右侧的高点符合往右逐渐降低且均高于标准频谱图的最高点的规律，控制器则发出警报。控制器通过显示面板发出警报信息，提醒操作人员进一步确定维修外形是否准确。

基于上述步骤，在飞机首次通过风洞测试并喷漆后，在进行首次打磨工序的过程中增加对打磨频率信息的采集以获得标准打磨频率信息，并保存下来作为以后比对的基础；后续在对飞机蒙皮进行维修的过程中相应地获取修补打磨频率信息，将标准打磨频率信息与修补打磨频率信息进行比对，即能获知修补后的维修外形与出厂时的标准外形的一致性，提供多一个维度判断维修外形的准确度。

具体地，在S500中，对维修外形喷漆的喷漆厚度与S100中的喷漆厚度尽可能地保证相同，以减少在比对标准外形和维修外形时的干扰因素。

在比对标准打磨频率信息和修补打磨频率信息前，控制器先将标准打磨频率信息转换为txt格式的文件并设其为第一文件，将修补打磨频率信息转换为txt格式的文件并设其为第二文件，然后采用快速傅里叶变换函数对第一文件和第二文件进行处理，得到标准频谱图和修补频谱图。以通过傅里叶变换函数获得标准频谱图和修补频谱图的方式进行比对，在控制器通过显示面板发出警报信息时，操作人员还能够通过对标准频谱图和修补频谱图进行检视进一步确定警报信息的可靠性。

其中，打磨电机21采用伺服电机，以保证打磨盘23运行的精度。打磨盘23被打磨电机21驱动而旋转以对飞机蒙皮进行打磨。修补后的飞机蒙皮上出现微小的凸形或凹形缺陷时，打磨盘23在经过缺陷位置时振动频率会发生响应性变化。比如当缺陷位置的形状为凸形缺陷或凹形缺陷时，在打磨盘23被电机驱动经过凸形的缺陷位置时，凸形的缺陷位置对打磨盘23产生额外的支撑力，导致打磨盘23被顶起，打磨盘23的振幅增大，振动频率下降；而在打磨盘23经过凹形的缺陷位置时打磨盘23则失去支撑，振幅也增大，振动频率也下降。但经过凹形缺陷时振幅和振动频率的变化一般而言小于凸形缺陷。

以上为振幅和振动频率因缺陷位置的外形而产生的响应性变化，而考虑到缺陷位置与打磨盘23之间的相对位置的情况下，振幅和振动周期则会产生规律性变化。具体地当打磨盘23被移动机构1按照设定的打磨路径进行移动的过程中，在打磨盘23靠近缺陷位置时振幅和振动频率的变化逐渐变大，也即打磨盘23越靠近缺陷位置振幅越大，振动频率越小；在远离缺陷位置时反之则变化逐渐变小，也即打磨盘23越远离缺陷位置振幅越小，振动频率越大，检测装置3采集振动频率信息后经控制器输出频谱图时给出反馈。

为了帮助定位报警点的位置，在步骤S300中还包括步骤S310：检测装置3采集标准打磨频率信息时，控制器还对应地记录振动频率信息的采集时间；同时在步骤S600中还包括步骤S610，检测装置3采集修补打磨频率信息时，控制器还对应地记录振动频率信息的采集时间，并且在步骤S800中还包括步骤S810：控制器进行比对前，对修补频谱图和标准频谱图以一定的时间区间分段比对。这样在控制器发出警报时，能够获取对应的时间区间，根据时间信息与前进速度和打磨路径大致地确定报警点的位置，帮助快速确定报警点的位置。

在修补后的维修外形与出厂时的标准外形一致的前提下，采用相同的打磨装置，以相同的参数（也即打磨深度、打磨转速、打磨盘23、打磨路径以及沿路径的前进速度）对飞机蒙皮进行打磨时由于环境因素的影响，不同时间点的频谱图也存在一定的误差，即使本方法仅需比较频谱图的最高点和高点，也可能存在一定的误差，为此，在比对时还配置了容差系数。具体地，步骤S800中，控制器在比对修补频谱图与标准频谱图的最高点时，将标准频谱图的最高点的振幅乘以容差系数后与修补频谱图的最高点进行比较。

举例说明，参照图8和图9，打磨深度为0.02mm、打磨转速为3500rpm、前进速度为30mm/s，规划的前进路径为与飞机的纵轴方向平行的直线型。对经过风洞测试且喷漆后的标准外形进行打磨，打磨过程中通过检测装置3采集打磨振动频率，之后打磨振动频率输入控制器，控制器采用快速傅里叶变换函数对振动频率信息进行处理，获得标准频谱图。标准频谱图的最高点对应的频率为43Hz，振幅为2.2e

对修补后且经过喷漆的维修外形采用同样的打磨深度、打磨转速、前进速度和前进路径进行打磨，打磨过程中同样通过检测装置3采集打磨振动频率，控制器采用快速傅里叶变换函数对振动频率信息进行处理，获得修补频谱图。修补频谱图中的最高点对应的频率为33Hz，振幅为3.2e

3.2e

本发明的打磨装置即基于激光扫描的飞机蒙皮打磨装置，包括：激光扫描机构、移动机构1、打磨机构2、检测装置3，所述激光扫描机构包括无人机4和安装在无人机4上的激光扫描仪，所述无人机4携带激光扫描仪飞行扫描以用于定位飞机的放置位置和角度；所述打磨机构2包括六轴机器人24、连接盘22、打磨电机21和打磨盘23，所述六轴机器人24安装在移动机构1上，所述六轴机器人24的驱动端与打磨电机21连接，所述打磨电机21与所述连接盘22驱动连接，所述打磨盘23设在连接盘22上；所述检测装置3与连接盘22固接，所述检测装置3用于获取打磨盘23的振动频率信息。

该飞机蒙皮打磨装置配备了检测装置3，在对飞机蒙皮打磨的同时获取打磨盘23的振动频率信息，通过比较飞机蒙皮打磨装置对标准外形的飞机蒙皮打磨时以及对维修外形的飞机蒙皮打磨时的振动频率信息，获知修补后的维修外形与出厂时的标准外形一致性，提供多一个维度判断维修外形的准确度。

移动机构1在本实施例中包括伺服机动车以及升降机构。打磨机构2安装在升降机构的驱动端。

所述连接盘22包括盘体221以及检测架222，所述打磨电机21与所述盘体221驱动连接，所述检测架222背向所述打磨电机21伸出，所述检测装置3固定在盘体221背向打磨电机21的一侧，所述打磨盘23上设置有避让安装所述检测装置3的孔，所述打磨盘23固定在盘体221背向所述打磨电机21的一侧。打磨阶段所采用的打磨盘23因需要适应飞机蒙皮表面作出变化，因此需要选用能够柔性变形的材质作为打磨盘23且厚度需要设置较厚，通常在20mm以上，在盘体221上设置检测架222则能够使检测装置3伸入打磨盘23的深度较深，减少检测装置3与飞机蒙皮表面之间的距离，飞机蒙皮存在的外形误差能够更敏捷更准确地反应到检测装置3上。

所述检测装置3包括检测元件和控制电路板，所述控制电路板设置在连接盘22上，所述检测元件设置在控制电路板背向连接盘22的一侧，所述检测元件与打磨盘23紧接。其中，检测元件通过控制电路板与控制器通讯连接，将检测元件获取的打磨频率信息传输至控制器。考虑到打磨盘23为软性材质，该检测装置3中的检测元件设定为与打磨盘23紧接，检测元件以接触式测量的方式获取振动频率信息能够提高振动频率信息来源的可靠性。

所述检测元件为位移传感器。位移传感器以接触式测量的方式获取打磨盘23的振动信息，考虑到打磨盘23为软性材质采用该方式能够相对稳定可靠地采集打磨盘23的振动信息。

所述检测元件的数量为两个以上，所述检测架222的数量与所述检测元件的数量相对应，所述检测元件和所述检测架222均沿所述连接盘22的圆周方向均匀布置。布置多个检测元件，多个检测元件所获取的振动频率信息转化为频谱图进行近似比对互相印证，能够防止因单个检测元件出现问题而导致的误差。近似比对可以是极值比较，例如最大值、最小值、峰值、斜度、峭度比较等。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出各种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本发明创造权利要求所限定的范围内。