无固定测量场的部件调姿对合方法、储存介质、控制系统与流程

本发明属于部件对合装配的，涉及无固定测量场的部件调姿对合方法、储存介质、控制系统。

背景技术：

1、随着数字化工厂技术的快速发展，飞机部件的装配越来越多地使用数字化设备系统，这样可以大大提高飞机部件的装配效率及装配精度和质量。目前，在国内外飞机大部件数字化调姿对合装配领域，随着飞机产品研制更新迭代的加速、装配制造需求的提升，解决当前普遍存在的一型飞机产品对应一套专用调姿对合设备和专用测量场的局限问题，探索如何适应各型飞机产品快速进行数字化装配的实现方法至关重要。

2、传统的飞机大部件数字化调姿对合，是在装配现场确定出理论飞机坐标系，现场所有的调姿设备、测量场、飞机大部件都要在理论飞机坐标系下按照各自数模理论位姿进行精确安装，并将飞机大部件数模中的理论特征作为调姿目标位置进行调姿对合工作。当更换另外一型飞机大部件需进行调姿对合时，就需要重新现场确定当前机型的理论飞机坐标系，并重新安装确定或标定调姿设备、测量场、飞机大部件的位姿，重新从数模获取部件调姿目标理论位置，这种调姿对合全局要素都基于理论离线数模的数字化调姿方式，制约了飞机产品更新制造的效率，已无法满足各型飞机快速数字化装配的需求。

3、因此，针对现有的飞机大部件数字化调姿对合过程中存在的上述缺陷，本发明公开了无固定测量场的部件调姿对合方法、储存介质、控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供无固定测量场的部件调姿对合方法、储存介质、控制系统，能够摆脱现有技术中飞机大部件数字化调姿对合对于固定测量场、理论飞机坐标系、理论特征目标位置及设备轴向与飞机坐标系一致性的依赖，解决当前调姿对合系统无法快速适应各型飞机大部件、适应部件制造形状误差进行数字化调姿对合的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、无固定测量场的部件调姿对合方法，基于调姿对合设备实现调姿大部件与目标大部件的对合，包括以下步骤：

4、步骤1、将调姿大部件放置在调姿对合设备上，并在调姿大部件上建立调姿特征点，通过调姿对合设备带动调姿大部件进行平移和旋转运动，在调姿大部件运动过程中测量调姿大部件上的调姿特征点的实时位置；

5、步骤2、基于调姿大部件平移过程中测量的调姿特征点的实时位置，拟合平移轴线；基于调姿大部件旋转过程中测量的调姿特征点的实时位置，拟合旋转中心；基于平移轴线与旋转中心建立调姿对合坐标系；

6、步骤3、在调姿对合坐标系下，在目标大部件与调姿大部件上建立对合特征位置，基于目标大部件上的对合特征位置与调姿大部件上的对合特征位置进行迭代位姿拟合，求解调姿大部件相对于目标大部件移动对合的平移参数、旋转参数、尺度缩放参数；

7、步骤4、根据步骤3中得到的平移参数、旋转参数、尺度缩放参数控制调姿对合设备带动调姿大部件相对于目标大部件进行移动对合。

8、为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤3具体包括：

9、步骤3.1、基于对合特征位置在目标大部件与调姿大部件上建立若干基准钉点，求解调姿大部件上的基准钉点移动对合至目标大部件上的基准钉点的平移参数、旋转参数，并将求解的平移参数、旋转参数作为icp迭代运算的初始值；

10、步骤3.2、基于调姿大部件上的基准钉点与目标大部件上的基准钉点之间的基准残差，对各个基准钉点进行加权中心化；

11、步骤3.3、基于加权中心化之后的基准钉点建立svd调姿模型，通过svd调姿模型对平移参数、旋转参数进行优化；

12、步骤3.4、重复迭代进行步骤3.1-步骤3.3，直到目标大部件与调姿大部件上的对合特征位置的方差收敛，导出此时的平移参数、旋转参数；

13、步骤3.5、基于步骤3.4中得到的平移参数、旋转参数建立尺度缩放参数的平差模型，基于尺度缩放参数的平差模型解算尺度缩放参数。

14、为了更好地实现本发明，进一步的，所述基准残差包括工艺允差与位姿方差。

15、为了更好地实现本发明，进一步的，若目标大部件上的对合特征位置与调姿大部件上的对合特征位置之间的形状误差参数在工艺允差范围之内，则步骤3.4通过迭代求解满足所有工艺允差范围的可行解作为平移参数、旋转参数；若目标大部件上的对合特征位置与调姿大部件上的对合特征位置之间的形状误差参数在超出工艺允差范围，则步骤3.4通过迭代求解全局最优解作为平移参数、旋转参数。

16、为了更好地实现本发明，进一步的，所述形状误差参数为目标大部件上的对合特征位置与调姿大部件上的对合特征位置进行形状误差拟合后得到的理想调姿误差边界，或所述形状误差参数为调姿大部件上的基准钉点与目标大部件上的基准钉点之间的基准残差。

17、为了更好地实现本发明，进一步的，所述步骤2具体包括：

18、步骤2.1、通过调姿对合设备带动调姿大部件沿第一方向平移，在调姿大部件沿第一方向平移的过程中，测量调姿大部件上的调姿特征点的实时位置坐标，并根据实时位置坐标拟合得到第一平移轴，求解第一平移轴的第一方向矢量；

19、步骤2.2、通过调姿对合设备带动调姿大部件沿第二方向平移，在调姿大部件朝向第二方向平移的过程中，测量调姿大部件上的调姿特征点的实时位置坐标，并根据实时位置坐标拟合得到第二平移轴，求解第二平移轴的第二方向矢量；

20、步骤2.3、对第一方向矢量和第二方向矢量进行叉积运算，求解第三方向矢量；

21、步骤2.4、通过调姿对合设备带动调姿大部件进行若干方向的旋转，在调姿大部件朝向若干方向旋转的过程中，测量调姿大部件上的调姿特征点的实时位置坐标，并根据实时位置坐标拟合球面方程，根据球面方程求解旋转中心；

22、步骤2.5、将第一方向矢量作为y向，将第二方向矢量作为z向，将第三方向矢量作为x向，将旋转中心作为原点，进而建立调姿对合坐标系。

23、无固定测量场的部件调姿对合存储介质，所述存储介质中存储用于实现无固定测量场的大部件调姿对合方法的操作系统。

24、为了更好地实现本发明，进一步的，所述操作系统包括操作模块、运动后置解算模块、调姿对合坐标系创建模块、测量设备控制模块、位姿拟合变换运算模块、调姿对合设备控制模块，所述操作模块用于执行实现无固定测量场的大部件调姿对合方法的程序代码；所述运动后置解算模块用于控制调姿对合设备中的数控定位器按照规划路径运动；所述调姿对合坐标系创建模块用于创建调姿对合坐标系；所述测量设备控制模块用于控制测量设备对调姿特征点的实时位置进行测量；所述位姿拟合变换运算模块用于求解调姿大部件相对于目标大部件移动对合的平移参数、旋转参数、尺度缩放参数；所述调姿对合设备控制模块用于连接并控制调姿对合设备。

25、无固定测量场的部件调姿对合控制系统，包括存储介质，还包括处理器、通信总线、调姿对合设备接口、测量设备接口，所述处理器通过通信总线分别与调姿对合设备接口、测量设备接口、存储介质连接，所述调姿对合设备接口与调姿对合设备连接，所述测量设备接口与测量设备连接。

26、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

27、本发明利用大部件随调姿设备初始运动来在线创建测量及调姿基准坐标系，并以目标大部件、调姿大部件实测特征分别作为调姿目标位置与当前位置，将调姿大部件位姿调整至目标大部件对合位置，摆脱了传统调姿对合方式对于理论飞机坐标系、现场固定测量场、数模调姿目标位置及设备轴向与飞机坐标系一致性的依赖，能够快速在线适应不同飞机大部件的数字化调姿对合工作，解决当前普遍存在的一型飞机产品对应一套专用调姿对合设备和专用测量场的局限问题，满足了各型飞机产品更新迭代及高效数字化装配制造的需求。