大型飞机身环形对接区高效精确制孔技术

摘要

大型飞机机身对接区域制孔是飞机数字化装配过程中的重要一环，而传统的人工制孔具有效率低、孔位精度和成孔质量不稳定以及工人劳动强度大等缺点，已经不能满足现代飞机制造的高寿命、高精度和高效率的要求。为此，国内外研制了很多专用于机身部件制孔/钻铆的自动化设备，但这些设备大多并不适用于机身对接区域制孔任务，少数比较适用的系统不仅有着各种缺陷，而且核心技术为国外所掌握。目前，国内在大型机身对接区域依然以落后的手工制孔、铆接为主。在此背景下，浙江大学通过自主创新，研制了一套专用于大型飞机机身对接区域自动化制孔的环形轨道自动制孔系统，该系统采用双层轨道结构和视觉测量系统，能够在一次设备安装的情况下实现全区域精确制孔，从而为国内解决机身对接区域制孔问题提供了一种可行的解决方案。
　　本文首先明确了课题研究背景及选题意义，综述了飞机数字化装配技术、机身段数字化装配对接技术在国内外的发展现状和方向，并对现有的机身环形对接区域自动化制孔设备及各自的优缺点进行了分析和对比，然后引出本论文的研究对象和研究内容，并对该套环形轨道自动制孔系统的主要结构组成、电气控制系统、操作软件系统及主要功能模块等进行了分析。
　　然后，在环形轨道自动制孔系统双层轨道结构基础上提出步进式自动转站法，深入分析该方法的基本原理和具体实施方案;提出了基于磁性接近开关的站位标识法和转站粗定位方法，设计自动转站控制流程;分析了转站过程中的有害冲击现象，并采用数据估计+公式推导的方式阐述了冲击现象产生的原因，给出抑制有害冲击现象的解决方案。
　　再后，研究了基于视觉测量系统的设备底座位姿标定方法。首先明确了环形轨道自动制孔系统进行视觉在线测量的原因以及对实际设备底座位姿进行标定的重要性，然后通过系统运动学建模确立设备底座坐标系、建立手眼关系和提出视觉测量原理，并在此基础上提出并分析了基于工业相机视觉测量系统的底座位姿标定方法。
　　最后，通过实验环节验证了基于磁性接近开关的转站粗定位方法的可靠性;根据步进式转站原理设计出自动转站控制流程，并通过实际转站验证其可行性;对系统手眼关系进行实际标定，并基于视觉测量系统进行了设备实际底座位姿标定，实验结果表明了该方法的可靠性和可行性。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及选题意义

1．2 飞机数字化装配技术

1．2．1 飞机数字化装配技术体系

1．2．2 国外飞机数字化装配技术发展及现状

1．2．3 国内飞机数字化装配技术发展及现状

1．3 机身段数字化装配对接技术

1．4 机身环形对接区域制孔技术

1．4．1 机身对接区域自动制孔技术发展现状

1．4．2 基于视觉测量的环形轨道自动制孔系统

1．5 论文主要内容

第二章 环形轨道自动制孔系统

2．1 主要结构组成

2．1．1 基础轨道部分

2．1．2 弧形轨道部分

2．1．3 末端执行器部分

2．1．4 其他辅助部件

2．2 控制系统

2．3 软件系统和主要功能模块

第三章 基于双层轨道结构的步进式转站

3．1 步进式转站基本原理和实施方案

3．2 基于磁性接近开关的站位标识及转站粗定位

3．2．1 基于磁性接近开关的站位标识

3．2．2 基于磁性接近开关的转站粗定位

3．3 转站过程中的冲击与抑制

3．3．1 转站过程中冲击现象的发生

3．3．2 转站过程中冲击现象的抑制

第四章 基于视觉测量的设备底座位姿标定

4．1 环形轨道自动制孔系统运动学建模

4．2 手眼关系的建立和视觉测量原理

4．3 基于视觉测量的底座位姿标定

第五章 实验环节

5．1 基于磁性接近开关的转站粗定位可靠性验证

5．2 基于双层轨道结构的步进式转站实验

5．2．1 自动转站流程设计

5．2．2 转站实验结果分析

5．3 基于视觉测量的底座位姿标定实验

5．3．1 系统手眼关系标定

5．3．2 基于视觉测量的底座位姿标定实验

第六章 总结与展望

参考文献

附录

作者简介