飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术

摘要

在飞机数字化装配系统中，大尺寸测量系统的精度是决定飞机最终装配质量的重要因素。在飞机装配过程中，由于受到飞机部件和装配工装的限制，单台激光跟踪仪无法完成对所有目标点的测量，需要采用多台激光跟踪仪协同工作的方式来构建覆盖整个装配空间的测量网络。不同激光跟踪仪的测量数据相互独立，因此必须构建具有统一基准的大尺寸测量场来融合所有的测量数据。本文对飞机装配中大尺寸测量场的构建、精度评价和系统配置优化方法进行了深入地研究，为现代飞机装配提供可靠的精度保证。
　　介绍大尺寸测量系统在飞机装配系统中的重要作用。对大尺寸测量场的构建原理和方法，即激光跟踪仪转站技术进行详细的阐述。详细地介绍SVD分解法、正交矩阵法和四元数法等三种最常用的转站参数求解算法。
　　从理论上分析激光跟踪仪转站过程中的误差传递过程，建立激光跟踪仪转站参数误差传递模型和大尺寸测量场的误差估计模型。该误差模型揭示ERS点的配置和激光跟踪仪对ERS点的测量误差对转站误差的影响。基于该模型，实现了对转站参数误差和大尺寸测量场的测量误差的不确定度的评定。最后通过蒙特卡洛仿真方法对本章所提出的误差模型进行验证。
　　对大尺寸测量系统的布局和配置进行详细分析。首先，提出一组转站参数误差灵敏系数作为评价ERS点布局的指标，并据此深入分析ERS点的几何布局、ERS点空间包络体积、ERS点的数量以及ERS点新布局相对于装配坐标系的位置和方向对转站参数误差的影响。基于上述分析结果，总结ERS点布局设计的指导原则，并提出一种装配现场的ERS点选择优化方法。其次，提出一种在带几何位置约束的以转站参数误差不确定度最小为目标的激光跟踪仪位置优化方法，并通过实例验证该优化方法的有效性。
　　对由于装配现场温度变化引起的ERS点位移对转站精度的影响进行分析。提出一种基于各向异性热变形原理的激光跟踪仪转站精度补偿方法，该方法通过迭代的方式对ERS点在飞机装配平台长宽高三个方向上的热变形位移分别进行补偿。装配实例证明各向异性热变形补偿方法比传统的热变形补偿方法具有更高的补偿精度。

目录

声明

致谢

摘要

本文使用的主要符号

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 飞机数字化装配技术发展现状

1．2．1 国外飞机装配技术发展现状

1．2．2 国内飞机装配技术发展现状

1．3 飞机数字化装配若干关键技术

1．3．1 大尺寸数字化测量技术

1．3．2 数字化调姿定位和对接系统

1．3．3 自动化钻铆技术

1．4 大尺寸测量系统的精度与配置研究现状

1．4．1 激光跟踪测量技术

1．4．2 大尺寸测量系统精度研究现状

1．4．3 大尺寸测量系统配置研究现状

1．5 论文选题背景与内容框架

第二章 大尺寸测量场的构建原理和方法

2．1 引言

2．2 大尺寸测量场概述

2．2．1 大尺寸测量场的组成要素

2．2．2 大尺寸测量场的作用和意义

2．3 激光跟踪仪转站技术

2．3．1 装配坐标系的建立

2．3．2 激光跟踪仪转站原理

2．3．3 激光跟踪仪转站参数定义

2．4 激光跟踪仪转站算法

2．5 本章小结

第三章 大尺寸测量场的误差分析与不确定度估计

3．1 引言

3．2 转站参数误差定义

3．2．1 位置参数误差定义

3．2．2 姿态参数误差定义

3．3 大尺寸测量场的误差估计与分析

3．3．1 转站参数误差传递模型

3．3．2 大尺寸测量场的误差估计

3．4 大尺寸测量场的不确定度评定

3．4．1 转站参数误差的不确定度评定

3．4．2 大尺寸测量场的测量不确定度评定

3．5 转站参数误差传递模型的实验验证

3．5．1 ERS点测量误差模拟

3．5．2 实验步骤

3．5．3 实验结果

3．6 本章小结

第四章 大尺寸测量系统的配置分析与优化

4．1 引言

4．2 ERS点空间布局分析与配置优化

4．2．1 ERS点布局基本原则

4．2．2 ERS点布局对转站精度的影响

4．2．3 ERS点布局相对于装配坐标系位置和姿态对转站精度的影响

4．2．4 ERS点布局设计原则

4．2．5 ERS点选择优化方法

4．3 激光跟踪仪的工作位置优化

4．3．1 激光跟踪仪工作位置优化方法

4．3．2 激光跟踪仪工作位置限制

4．3．3 优化模型求解算法

4．3．4 激光跟踪仪位置优化实验

4．4 本章小结

第五章 大尺寸测量场中的热变形补偿技术

5．1 引言

5．2 激光跟踪仪转站中的热变形补偿问题

5．2．1 热变形对转站精度的影响

5．2．2 简单热变形补偿方法

5．2．3 简单热变形补偿法的缺点

5．3 激光跟踪仪转站中各向异性热变形补偿方法

5．3．1 考虑形体结构影响的热变形理论

5．3．2 基于各向异性热交形原理的转站精度补偿方法

5．3．3 实验验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表(撰写)的论文及参加的课题