一种飞机装配结合面数字化加垫方法

摘要

本发明公开了一种飞机装配结合面数字化加垫方法，该数字化加垫方法扫描获取飞机部件的点云数据，根据点云数据对两个部件之间的结合面进行对齐从而获取两个部件结合面之间的间隙区域，并进一步将该间隙区域划分若干个小的局部间隙区域，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数，并按照对应的最优垫片参数对每个局部间隙区域添加垫片，完成两个部件结合面之间的整个间隙区域的加垫。该数字化加垫方法用于在飞机装配结合面的间隙中填充补偿垫片，减小结构不完整带来的危害，整个过程通过计算机完成，尤其是通过点云数据计算间隙大小，克服了人工操作产生的误差，保障了测量精度，且提高测量效率。

主权项

一种飞机装配结合面的数字化加垫方法，其特征在于，所述飞机装配结合面为第一部件的第一表面和第二部件的第二表面，所述数字化加垫方法包括如下步骤：(1)按照设定的扫描路径分别对第一表面和第二表面进行扫描，获取相应的点云数据；(2)利用获得的点云数据，确定第一表面中的各点在第二表面中各点的对应关系，并根据所述的对应关系将第一表面与第二表面对齐；对齐方法如下：(2‑1)以第一表面和第二表面中任意一个表面的点云数据作为参考数据集，以另一个表面的点云数据作为移动数据集，并根据所述的参考数据集和移动数据集计算得到用于将第一表面和第二表面对齐的变换矩阵；所述步骤(2‑1)中通过以下方法计算变换矩阵：(2‑11)利用最近点为搜索原则确定移动数据集中各点在参考数据集中的对应点，计算移动数据集中的点x_i到参考数据集中所有点的距离，选择最小距离所对应的j点作为x_i的对应点r_j；(2‑12)根据移动数据集中各点在参考数据集中的对应点以及与该对应点间的距离建立误差目标函数为：$E_m={\Sigma }_{i=1}^n{ϵ}^2\left(\right|r_j-T*x_i\left|\right),$其中，n为移动数据集中点的总数，T为变换矩阵；(2‑13)从第一表面与第二表面的点云数据中提取凹槽和内孔边缘得到若干条轮廓线，根据所述的轮廓线建立边缘轮廓约束误差，其中第k条轮廓线对应的边缘轮廓约束误差为：$E_c^k=\Gamma (T*X_k)-b_c^k,$其中，X_k为第k条轮廓线上的点云数据集，Γ表示为轮廓线的解析式，为第k条边缘轮廓约束参数；(2‑14)利用误差目标函数和边缘轮廓约束误差根据公式：$E=w_m{E}_m+\underset{k=1}{\overset{q}{\Sigma }}{w}_c^k{E}_c^k$计算综合误差函数，并以获取综合误差函数的最小值作为优化目标对综合误差函数进行优化，求解得到移动数据集向参考数据集对齐的变换矩阵，其中，w_m为点匹配误差权值，为第k条轮廓约束误差权值，1≤k≤q,q为轮廓线的总条数；(2‑2)将变换矩阵作用于移动数据集，得到第一部件与第二部件配合时的外形面的测量数据集，完成对齐；(3)计算对齐后的第一表面与第二表面之间的间隙大小，并根据所述的间隙大小将第一表面和第二表面之间的间隙区域划分为若干个局部间隙区域并记录各个局部间隙区域的位置；具体包括步骤：(3‑1)将参考数据集进行三角化处理，并计算所述外形面的测量数据集中各点与三角化处理后的参考数据集的距离作为第一表面与第二表面之间的间隙大小；(3‑2)根据第一表面与第二表面之间的间隙大小将第一表面与第二表面的间隙区域划分为若干个局部间隙区域；(4)根据第一表面的点云数据和第二表面的点云数据，以及各个局部间隙区域的位置，分别确定每个局部间隙区域的最优垫片参数；所述步骤(4)中采用以下方法确定各个局部间隙区域的最优垫片参数：(4‑11)根据当前局部间隙区域的位置，分别从外形面的测量数据集中提取该局部间隙区域对应的点云数据作为第一局部点云数据，从参考数据集中提取与当前局部间隙区域对应的点云数据作为第二局部点云数据；(4‑12)分别拟合第一局部点云数据得到第一拟合面，拟合第二局部点云数据得到第二拟合面；(4‑13)根据所述的第一拟合面和第二拟合面确定当前局部间隙区域的间隙空间，并用该间隙空间减去当前局部间隙区域中所有垫片的体积得到剩余间隙函数，所述的剩余间隙函数是关于垫片参数的函数；所述步骤(4‑13)中建立的剩余间隙函数G为：$G=(\int \int \int [f(x,y,z)-g(x,y,z)]-{\Sigma }_{i=1}^n{h}_i\times (y_{ei}-y_{si})\times (x_{ei}-x_{si}),$其中，f(x,y,z)为第一拟合面的表达式，g(x,y,z)为第二拟合面的表达式，h_i为第i个垫片的厚度，x_si，x_ei为第i个垫片的长度方向起始及结束位置，y_si，y_ei为第i个垫片的宽度方向起始及结束位置，n为垫片的个数，且n≥2时，x_si＝x_e(i‑1),y_si＝y_e(i‑1)(4‑14)以获取剩余间隙函数的最小值作为优化目标，对剩余间隙函数进行非线性优化，求解得到当前局部间隙区域的若干组垫片参数；(5)根据每个局部间隙区域的最优垫片参数选择相应的垫片，并将该垫片垫加至第一表面与第二表面之间。