轻型自主移动制孔机器人基准检测技术研究

针对大飞机机身大部件的装配需求,设计了一套柔性好、效率高、自动化程度高的轻型自主移动制孔机器人,并根据制孔机器人自身的结构特点,提出一套机器人视觉检测系统的手眼标定方案。在此基础上,提出了基于基准孔建立局部坐标系和空间坐标系转换的基准检测算法。实验表明:该技术能够实现机器人高精度制孔的精确定位,满足大飞机机身制孔位置精度要求。     

机器人自动制孔系统精度标定方法研究

机器人制孔系统是实现飞机自动化装配的重要设备,制孔作业前的精度标定是保证系统各项指标满足生产要求的关键环节,以往对系统进行简单的单次制孔标定无法全面掌握各个维度上的精度指标。针对位置补偿、孔位、法向、孔径及锪窝深度精度,分别提出了精度标定方法,并利用飞机装配站位上投入使用的满足精度要求的制孔系统进行检验,结果表明所提出的标定方法和测量实际产品所得结果有良好的一致性,能够用于自动制孔系统的快速标定。     

末端执行器优化控制下的飞机制孔方法

针对末端执行器自身刚度有限,制孔过程中稳定性较差,存在位置误差、角度误差和孔径误差的问题,设计基于末端执行器优化控制的飞机制孔方法。利用ABAQUS软件仿真飞机制孔过程,判断末端执行器的响应状态,分析飞机制孔技术中的蒙皮侧压紧方式,通过罗德里格矩阵获取确认偏差较大的孔位,计算末端执行器与基准孔位之间的空间转换关系,建立制孔参数优化目标函数,逐一求解飞机制孔末端执行器的控制参数,完成飞机制孔精度优化。实验结果表明：在末端执行器优化控制下可有效降低制孔位置误差、角度误差和孔径误差,保证末端执行器控制过程的稳定性和精度。本文方法实际应用后,获得了较好的检验结果,满足使用标准。     

飞机自动制孔末端执行器的设计与实现

由于飞机装配过程中需要钻削大量的孔,因此针对飞机装配中柔性制孔的功能需求,在具体分析机翼制孔工艺流程的基础上,设计了一套用于飞机自动制孔的末端执行器。该控制系统以中央控制器为核心、采用基于EtherCAT总线和Profibus总线的分布式主从站控制方式,并开发出具有制孔循环控制、基准检测、法向偏差测量等功能的软件包,最后进行了一台样机的制造、装配、电气安装和软件调试。实验证明,该系统能够很好的满足航空工业对制孔的孔位精度、垂直度以及加工效率等的要求。     

发动机楔形箱盖轴承孔端面定位精度检具设计

针对发动机楔形箱盖轴承孔系数控加工中技术检测不能满足生产线要求问题,分析箱盖装配基准和被测要素的空间位置关系;根据基准重合原则,模拟楔形箱盖装配状态,设计被测对象定位基准;采用比较测量法,设计轴承孔端面定位精度检具;介绍了检具使用方法。实践表明:检具示值准确快速,能替代三坐标测量机并实现在线检测,满足了箱盖轴承孔技术检测和生产线要求。     

大型壳体空间斜孔角度置换加工

阐述了透平机械壳体空间斜孔的加工方法。通过转换定位基准、轴心定位、中分面定位和立体几何分析,并进行三维模拟验证,将原图基准中空间斜孔置换成两个新的旋转角度组合来完成加工。     

轻型自主移动钻铆系统定位检测与自适应规划

定位检测是飞机机身部件自动化钻铆的技术基础,是提高系统定位精度的技术保证。根据大飞机机身筒段对接钻铆需求,研制了一套基于CCD相机定位检测的轻型自主移动钻铆系统。针对复杂加工系统和多样化基准形式,提出了多坐标系建立及转换方法和定位检测与加工任务自适应规划策略,通过检测不同基准位置,建立各坐标系关联,分别采用最小二乘法和间接转换法获得实际位置与理论位置的偏差模型,修正了待加工产品数模偏差和工装及产品制造与安装误差,对待加工孔位信息进行自适应规划。实验表明,定位检测方法切实可行,能实现系统高精度钻铆的精确定位。     

化油器过渡孔加工新型定位方法与实现

化油器的过渡孔位置精度对车辆启动性、加速性及低速到高速的衔接影响非常大。传统的过渡孔加工一般以节气门轴定位，但这种定位方式会导致装配后过渡孔位置误差满足不了实际要求。通过模拟化油器工作原理，提出了一种新的定位算法，提高了过渡孔的定位精度。采用CFX仿真数据得出化油器负压与空气流量以及节气门上沿位移之间的数学模型。在Matlab的Simulink模块设计了模糊PID复合控制系统，仿真结果表明模糊PID控制具有响应时间短的特点。加工过程模拟也表明过渡孔的定位也在误差范围内，验证了本次设计的有效性。     

基于线激光扫描的基准孔检测与定位方法

为了满足尖端制造领域中大部件的数字化钻孔与装配需求,利用线激光扫描仪和工业机械臂提出了基准孔自动检测与 定位系统及方法。 首先,对基准孔三维点云进行孔底点云插值补偿,采用双向梯度约束算法实现了基准孔的粗略边缘特征点提 取;然后,针对提取的边缘特征点,采用基于角度判断的细化算法和基于平面拟合的压缩算法,实现了边缘特征点的精细化提 取;最后,对边缘特征点进行空间圆参数化,得到了孔径和孔距,实现了基准孔的检测与定位。 实验结果表明:该方法对基准孔 的检测精度和定位精度(相对误差)分别为 1. 77% 和 0. 24% ,优于传统方法的 2. 77% 和 0. 46% ,能够满足生产制造中大部件的 数字化钻孔与装配要求。     

第16篇 机体机油泵孔位置的加工难点

问题现场描述 在发动机的机油润滑系统中,把机油泵设置在机体内腔,通过凸轮轴带动机油泵泵油,实现对发动机各润滑点进行供油的这种机体,其定位机油泵体的孔与凸轮轴孔是一组孔轴心线相互垂直而不相交的空间位置关系。在生产制造初期,加工这种机体内腔机油泵孔位,经常出现位置尺寸超差问题,工序质量一直难以达到要求。     

自主移动钻铆机器人的基准检测与修正方法

自主移动钻铆机器人是一种适应机身筒段对接装配的8足并联机器人,由于其存在初始位置的不确定性以及加工制造等引起的理论与实际位置偏差,因此需要解决机器人制孔的基准检测问题。针对多坐标系系统和多种不同的基准形式,提出坐标变换方法与基准检测与修正方法,通过坐标系的空间变换,分别采用最小二乘法与间接转换法求解理论位置与实际位置的偏差,从而对待加工孔进行位置修正。实验表明,该方法能够实现机器人制孔的基准检测,完成偏差修正。     

A force/stiffness compensation method for precision multi-peg-hole assembly

In interference fit assembly, the magnitude and deviation of the assemble force are large so that it is hard to reach high accuracy of position for components of multiple parts stacked up. A force/stiffness compensation method is proposed to control the positioning accuracy in the interference fit assembly for multi-peg-hole components. Based on the force and displacement information measured in the assembly process, the position errors are acquired, and the stiffness of the assembly system under the exerted assemble force is calculated. According to the stiffness, the deviation from the target position is calculated and compensated. An experimental equipment based on this method was developed. As an example, assembly of rings, 6.2 mm in diameter and 0.25 mm in thickness, was carried out to demonstrate the feasibility of the proposed method. The assembly results show that high positioning accuracy of the assembled rings can be achieved with a large variation of assembly force. The presented method provides a simple, feasible, and efficient solution for interference fit assembly for multi-peg-hole components.     

Kinematic modeling and parameter identification of a new circumferential drilling machine for aircraft assembly

Automated fastener hole drilling is a key technology for low-cost and high-quality assembly of aircrafts. In this paper, a new circumferential drilling machine for fuselage assembly of large aircrafts is introduced. In order to meet the required position accuracy of drilled holes, this paper focuses on the kinematic calibration of the machine in order to improve its positioning accuracy. A modeling strategy, which combines the Denavit-Hartenberg (D-H) method and a modified version of the Hayati-Mirmirani (H-M) method, is proposed to deal with the special kinematic structure of the arc-base drilling unit of the machine. Main issues in kinematic parameter identification such as definition of objective function, calibration data selection, acquisition of initial values, and setting of convergence criteria are also discussed. Experiments of repeatability testing and kinematic calibration have been performed, and the results show that the positioning accuracy of the arc-base drilling unit is comparable to its repeatability after calibration. This suggests that the proposed kinematic calibration method is effective. Actual drilling tests have been performed on a simulated aircraft fuselage after implementing the identified kinematic model in the machine’s control software. Position errors of drilled holes are within ±0.5 mm, which meets the requirement for fastener hole drilling in the fuselage assembly of large aircrafts.     

Development of a laser-guiding-type deep small-sized hole-measurement system: Measurement accuracy

In this study, a system for measuring small-sized holes with a 17–21 mm diameter and 1000 mm length was constructed. The system comprises a laser interferometer to detect hole accuracy, a probe connected to a measurement bar, and an optical apparatus for detecting the probe attitude (position and inclination). The probe was supported by supporting pads. A steel workpiece with 18 -mm diameter and 800 mm length was used for the performance test. During the experiment, errors were found in terms of hole deviation and roundness profile. Further experiments, using new experimental apparatus and analysis, revealed the causes of errors: electrical noise that increased with time, two periodic stylus swings in the longitudinal direction of the hole per rotation of the measurement unit, and the excessive spring force pushing the tip of the stylus, causing a large frictional force with the hole wall, etc. If these errors are corrected, high accuracy in the measurement of hole deviation and roundness can be achieved.     

大型箱体特大孔调头镗削工艺技术

采用普通铣镗床TPX6113-2加工大型箱体特大孔的调头镗削工艺综合了普通工艺装备与新技术,采用特殊装夹定位工艺方法,减少了反复装夹次数,保证了工件装夹定位的牢固性。设置辅助工艺基准点、线、面与数字的等量关系,控制等量误差精度,保证大孔调头后孔系加工中的同轴度。用平旋盘大孔镗刀架加工特大孔1 120+0.2+0.1和960+0.15+0.05mm的工艺与实践解决了中小型机床设备加工大型工件时,装夹定位难的问题和调头后定位难保证同轴度的问题。     

基于Faster R-CNN的工件螺纹孔目标检测

为了提高螺纹孔目标检测的准确率,结合双相机视觉系统与Hough变换圆检测算法,提出了一种基于Faster R-CNN的螺纹孔目标检测方法。首先建立了由双相机组成的图像获取系统,通过安置在高处的工业相机采集工件整体图像,利用Hough变换圆检测算法初步筛选出工件上的疑似螺纹孔的位置,并驱动第二个工业相机逐个在近处采集经Hough变换检测出的疑似螺纹孔的局部精确图像。然后,在自建的螺纹孔数据集上训练以ResNet50为基础网络的Faster R-CNN目标检测模型。最后,将螺纹孔处局部图像输入训练好的Faster R-CNN目标检测模型进一步识别并进行定位。实验结果表明,该方法能有效地避免螺纹孔小目标检测,相对于单独使用Hough变换方法或者Faster R-CNN目标检测方法检测螺纹孔,具有更高的识别和定位精度。     

高压共轨柴油机飞轮周孔高效自动加工机床研制

针对高压共轨柴油机飞轮边缘孔数多、位置精度及孔深精度要求高的问题,研制了其高效自动加工机床.通过对盘形零件的快速、准确定位和可靠装夹技术分析,采用卧式钻削加工方式,研制了快速自定心夹紧装置,其通过一次装夹就能完成整个盘类零件的圆周面孔加工,而且定位自动化,既降低了劳动强度,又提高了加工精度和加工效率;采用精密行星齿轮减速机驱动的分度机构,可根据飞轮产品的规格要求任意分度,实现了周孔加工位置的精密分度;利用闭环反馈控制的步进电机直接驱动滚珠丝杆的周向钻削孔进给系统,提高了钻孔深度的控制精度.研究结果表明,所研制的高压共轨柴油机飞轮周孔加工机床具有加工精度高、自动化程度高、生产效率高、操作方便等特点,综合性能优于国内同类产品.     

面向工件自动化装配的空间位姿柔性接触式测量方法研究

自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。 目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、 畸变等影响鲁棒性不高。 为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测 量系统,通过解耦将位姿调节量转化为姿态、圆心、相位相互独立的测算量。 首先采用视觉引导方式构建视觉坐标系实现点位 测量路径自更新实现柔性测量,然后通过测量工件平面、圆周、孔位圆周获取坐标点位,最后采用最小二乘法拟合平面并将圆周 点位进行投影拟合圆心,求解定位孔圆心构成的向量空间夹角得到姿态、相位及圆心的调整量。 本文所述方法可以提高测量效 率,解耦调整方式大大降低了位姿联调的相互影响,提高了位姿测量的柔性和鲁棒性。 通过实验对本文所提方法的有效性进行 验证,实验结果表明:采用空间位姿柔性接触式测量方法进行测量后调整,其工件相对位置偏差在 0. 075 mm 以下,姿态角度偏 差在 0. 02°以下,相位角度偏差在 0. 055°以下。