本發(fā)明屬于數(shù)字化制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，新型飛行器產(chǎn)品不斷朝著高性能制造與裝配方向前進(jìn)，基于物理場景下實(shí)際數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化制造成為其中重要的發(fā)展方向。一種大型復(fù)雜回轉(zhuǎn)類產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，其制造精度、裝配配準(zhǔn)后的性能為產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵。該產(chǎn)品在裝配工藝環(huán)節(jié)，往往需要以關(guān)鍵特征區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)，完成不同零部件之間的多形式對接，傳統(tǒng)的裝配作業(yè)模式通常依靠專用的大型工藝裝備完成輔助產(chǎn)品對齊與裝配操作，過程中需要不斷依靠多人協(xié)同，采用人工目視、裝配與執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)等手段，保障產(chǎn)品姿態(tài)與對應(yīng)特征的匹配。該方式的作業(yè)效率較低，數(shù)字化程度不高且存在影響產(chǎn)品質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)依賴人工經(jīng)驗(yàn)。為了降低風(fēng)險(xiǎn)，往往需要在正式裝配前開展試對接，整體工序增加導(dǎo)致效率進(jìn)一步降低。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)作業(yè)場景逐漸運(yùn)用激光跟蹤儀、攝影測量等方式，通過完成測量場構(gòu)建，開展局部特征的檢測，依據(jù)測量結(jié)果指導(dǎo)工人調(diào)整裝配。該方式一定程度能夠獲取裝配信息，但是對于大型復(fù)雜構(gòu)件測量，難以一次性完成整個(gè)區(qū)域的快速精確測量，需要進(jìn)行多次轉(zhuǎn)站或者拼接，并設(shè)置相關(guān)接口輔助，測量周期長且容易疊加誤差；此外，產(chǎn)品測量狀態(tài)難以覆蓋不同裝配位姿的關(guān)系，產(chǎn)品受到重力、工裝約束與翻轉(zhuǎn)等操作，與最終裝配狀態(tài)存在區(qū)別；該類產(chǎn)品進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)測量會(huì)產(chǎn)生大量的冗余數(shù)據(jù)，處理時(shí)間長，難以有效將數(shù)據(jù)利用進(jìn)行裝配輔助執(zhí)行，限制了現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用；另一方面，該類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多為大型薄壁弱剛性結(jié)構(gòu)，不可避免的會(huì)在裝配場景中發(fā)生非規(guī)則形貌變化，關(guān)鍵對接特征易產(chǎn)生偏離，存在如半月牙、對接不齊等影響裝配的工況，難以直接將獲取的實(shí)測數(shù)據(jù)與裝配作業(yè)設(shè)備進(jìn)行集成運(yùn)用，進(jìn)一步增大了人工現(xiàn)場修配的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，包括如下步驟：

3、步驟一、構(gòu)建測量-配準(zhǔn)的統(tǒng)一坐標(biāo)系；

4、步驟二、完成產(chǎn)品實(shí)際形面與特征的數(shù)字化測量；

5、步驟三、完成產(chǎn)品關(guān)注特征點(diǎn)位解算；

6、步驟四、完成基于輕量化特征的復(fù)雜樣機(jī)重建模；

7、步驟五、完成基于局部約束匹配的對齊關(guān)系計(jì)算；

8、步驟六、計(jì)算不同重建模樣機(jī)的整體裝配偏移度；

9、步驟七、根據(jù)重建模樣機(jī)的偏移度完成配準(zhǔn)評估；

10、步驟八、基于配準(zhǔn)評估下的裝配順序規(guī)劃。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：

12、本發(fā)明主要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有裝配工藝的不足，以一種大型復(fù)雜回轉(zhuǎn)類產(chǎn)品為對象，針對其徑向裝配對接過程中存在的不規(guī)則幾何變形、裝配特征偏離，難以有效量化與匹配配準(zhǔn)、試對接與人工修配作業(yè)工作量大等系列問題，本發(fā)明提出了一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法。該方法首先根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成理論模型的特征解析與映射關(guān)系表述，建立產(chǎn)品測量與裝配坐標(biāo)系；采用數(shù)字化測量方法完成產(chǎn)品關(guān)注特征的實(shí)際點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速獲取，在裝配精度約束下完成數(shù)據(jù)處理，同時(shí)開展輔助裝配特征擬合與快速重構(gòu)二次生成，實(shí)現(xiàn)基于輕量化特征的實(shí)測數(shù)字樣機(jī)重建模；建立了一種基于裝配截面特征的虛擬配準(zhǔn)表征方法，滿足不同重建模樣機(jī)在裝配坐標(biāo)系下的裝配性評估，實(shí)現(xiàn)以不同象限下間隙偏差與距離分布的配準(zhǔn)分析，指導(dǎo)產(chǎn)品選配與裝配方式的優(yōu)化。本發(fā)明的方式，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品裝配前樣機(jī)模型測量重建，同時(shí)利用配準(zhǔn)評估，為裝配作業(yè)提供了量化的支撐指導(dǎo)，能夠有效提升裝配過程可靠性與效率，此外重建模的實(shí)物樣機(jī)能夠?yàn)閿?shù)字化集成與自動(dòng)化裝配提供數(shù)據(jù)輸入，能夠行之有效的解決傳統(tǒng)試對接、人工大量試裝等工作。

技術(shù)特征：

1.一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟一所述構(gòu)建測量-配準(zhǔn)的統(tǒng)一坐標(biāo)系的方法為：以產(chǎn)品對接端的底面為基準(zhǔn)，以端面圓中心為圓心，按照水平支撐放置的方式，建立空間直角坐標(biāo)系x-y-z。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟二所述完成產(chǎn)品實(shí)際形面與特征的數(shù)字化測量的方法為：在測量-配準(zhǔn)的統(tǒng)一坐標(biāo)系下，對產(chǎn)品關(guān)注特征進(jìn)行非接觸式掃描測量，其中：對于連續(xù)光滑曲面部分，采用快速掃描方式完成點(diǎn)云獲?。粚τ趯涌孜惶卣?，采用精確掃描方式完成錐面邊緣與圓孔的詳細(xì)數(shù)據(jù)獲?。蝗缓笠渣c(diǎn)云數(shù)據(jù)為依據(jù)，去除對關(guān)鍵特征影響不大，偏離較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)，完成點(diǎn)云去噪與數(shù)據(jù)精簡處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟三所述完成產(chǎn)品關(guān)注特征點(diǎn)位解算的方法為：對整體錐面掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行特征擬合，獲得圓錐特征部分的外圈與內(nèi)圈的圓特征擬合，提取兩個(gè)圓心；將孔位缺失的點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照附近連續(xù)點(diǎn)云進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)以4個(gè)象限的定位孔為靶標(biāo)點(diǎn)，采用分象限區(qū)域方式按照理論模型的1/4象限區(qū)域的弧長沿點(diǎn)云法線方向貼合，沿著補(bǔ)充區(qū)域下各孔位的理論弧長進(jìn)行映射，實(shí)現(xiàn)孔位缺失情況下對接孔特征的精確補(bǔ)償，并根據(jù)實(shí)際裝配需求完成裝配特征的坐標(biāo)點(diǎn)位解算，按設(shè)定的間隔完成坐標(biāo)點(diǎn)位提取；提取圓錐內(nèi)圈的圓與圓心坐標(biāo)；并分別完成連續(xù)曲面特征和平面特征的擬合。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟四所述完成基于輕量化特征的復(fù)雜樣機(jī)重建模的方法為：針對對接徑向孔特征，通過圓錐內(nèi)圈圓與圓心坐標(biāo)，以圓心生成孔的中間法線特征；以各坐標(biāo)點(diǎn)位為輔助，按照形面連續(xù)、無突變的關(guān)系，完成無厚度曲面的延展，實(shí)現(xiàn)整個(gè)形面的包絡(luò)擬合；最終完成各類產(chǎn)品輕量化下特征的樣機(jī)重建模。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟五所述完成基于局部約束匹配的對齊關(guān)系計(jì)算的方法為：首先，開展產(chǎn)品裝配配準(zhǔn)切面確定：在對接端面上，理論模型沿著徑向?qū)雨P(guān)鍵特征中心開展切分，與產(chǎn)品交線即得到理論模型配準(zhǔn)切面；同時(shí)提取對接徑向孔的圓心坐標(biāo)與孔圓心的法線；在同一測量-配準(zhǔn)坐標(biāo)系下，導(dǎo)入實(shí)測產(chǎn)品樣機(jī)裝配段，根據(jù)裝配段的對接徑向孔圓心坐標(biāo)、法線特征，與理論模型配準(zhǔn)切面開展對齊。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：按如下公式計(jì)算不同重建模樣機(jī)的整體裝配偏移度：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟七所述根據(jù)重建模樣機(jī)的偏移度完成配準(zhǔn)評估的方法為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：步驟八所述基于配準(zhǔn)評估下的裝配順序規(guī)劃方法包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，其特征在于：第五步所述對產(chǎn)品進(jìn)行分級裝配的方法為：首次完成一半力矩要求值的裝配，在此基礎(chǔ)上，再次對外形面進(jìn)行掃描，根據(jù)掃描結(jié)果，完成圓心坐標(biāo)計(jì)算，評估p值變化，再次根據(jù)p的分布結(jié)果，按照從大到小、對稱擰緊的策略完成產(chǎn)品的最終裝配。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于實(shí)測數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜樣機(jī)重建模與配準(zhǔn)評估方法，包括如下步驟：步驟一、構(gòu)建測量?配準(zhǔn)的統(tǒng)一坐標(biāo)系；步驟二、完成產(chǎn)品實(shí)際形面與特征的數(shù)字化測量；步驟三、完成產(chǎn)品關(guān)注特征點(diǎn)位解算；步驟四、完成基于輕量化特征的復(fù)雜樣機(jī)重建模；步驟五、完成基于局部約束匹配的對齊關(guān)系計(jì)算；步驟六、計(jì)算不同重建模樣機(jī)的整體裝配偏移度；步驟七、根據(jù)重建模樣機(jī)的偏移度完成配準(zhǔn)評估；步驟八、基于配準(zhǔn)評估下的裝配順序規(guī)劃。本發(fā)明能為裝配作業(yè)提供量化的支撐指導(dǎo)，能夠有效提升裝配過程可靠性與效率，此外重建模的實(shí)物樣機(jī)能夠?yàn)閿?shù)字化集成與自動(dòng)化裝配提供數(shù)據(jù)輸入，能夠行之有效的解決傳統(tǒng)試對接、人工大量試裝等工作。

技術(shù)研發(fā)人員：鐘涵,陳勇,韋航,王浪,王子立,沈勇,陳舒雅,馬文杰,張佳衡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川航天長征裝備制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8