智能激光3D投影系统及空间定位精度标定技术研究

发布时间：2020-06-10 20:28

【摘要】：随着“工业互联网”、“工业4.0”、“先进制造伙伴计划”、“中国制造2025”的大热,制造业的发展方向以全球性、信息性、专业性、绿色性、服务性为特点,面对其产品的制造周期长、质量与效率不易管理和控制、频繁变化的工作对象,需要人工参与高柔性、小批量和定制化的装配生产过程。智能激光3D投影技术可用于指引自动放样、引导部件精密定位、辅助形位公差快速检查、测量数据误差可视化与现场虚拟装配验证,辅助指引工人完成相关装配工作及检测。本文搭建了智能激光3D投影系统,对该系统进行不确定度分析,并进行相关实验验证,实现该系统可视化评价。论文完成的主要工作有:1)研究了智能激光3D投影系统工作原理。建立激光投影定位模型、激光跟踪定位模型及智能激光3D投影定位模型,为搭建智能激光3D投影系统提供理论基础。2)构建了智能激光3D投影系统的理论方法。建立了智能激光3D投影系统三坐标观测值求解模型,分别基于牛顿迭代法、列文伯格-马夸尔特算法和杂交粒子群算法对系统观测值进行求解;建立了智能激光3D投影系统光学中心参数标定模型,分别利用四元数法、罗德里格矩阵法和奇异值分解法求解系统标定参数。构建了标定的误差评价模型,用以评价系统标定及投影精度,对观测值求解模型和标定模型进行仿真分析,结果显示,杂交粒子群算法求解观测值配合四元数法求解标定参数的标定结果较牛顿迭代法配合四元数法求解标定参数提高一个数量级,为智能激光3D投影系统的1:1高精度投影提供理论基础。3)建立了光学中心参数自动标定技术。为了避免粗大误差以及减小随机误差的产生,采用多站位数据采集,并对测量数据进行平差和融合,优化光学中心参数,并将系统观测值求解模型、光学中心参数标定模型和标定误差评价模型以及多站平差技术融于标定软件中,使智能激光3D投影系统标定实现了自动化和标准化。4)提出了基于不确定模型的投影空间定位精度及网络布局优化技术。深入研究了智能激光3D投影空间定位精度,形成智能激光3D投影系统不确定度模型,建立智能激光3D投影网络布局及优化方法,分析全部投影定位点的不确定度,形成投影区域内三维彩色不确定度分布图,为智能激光3D投影系统可视化提供理论基础。5)搭建了投影定位可视化预评估系统。基于不确定度模型的智能激光3D投影空间定位精度评估方法和测量网络布局优化技术,实现了系统投影定位可达性分析及精度可视化评价。以曲面上零部件投影定位装配为例,根据已有的投影定位装配方案对系统进行初始化配置,对投影定位装配系统进行可达性分析和可视化评价,依据评价结果进行布局优化,提升该系统的整体定位精度,为智能装配建立了可靠的预评估手段。6)对智能激光3D投影系统进行了设计。基于理论设计或实际逆向的三维模型,在精密数字化测量的基础上,以激光投影的方式完成三维空间内的位置投影,当投影系统或被测部件移动或漂移时,智能化识别、解算、补偿相对位移量,保证实时、精确投影至正确位置,有序的指引人工操作。对光线宽度、定位准确度、形状准确度及位置补偿准确度四种指标进行实测实验,对该系统的工作精度进行标定和评估,系统定位精度优于0.3mm。实现了实时跟踪、自适应补偿、高精度定位、自动标定、可视化智能评估等功能。
【图文】：

数字化测量技术,飞机装配,数字化测量,飞机部件

国内外研究现状.3.1 数字化测量及装配技术（1）国外研究现状数字化测量技术为部件的精确装配提供了基础技术保障[43]，，就飞机装配而进飞机制造公司已经开始大规模将数字化测量技术引入飞机装配中，波音PS 测量系统对机头机身机翼等部件进行数字化测量[44]，与 AIT 公司技术公司）联合开发了自动化定位系统，实现了对飞机部件的自动定位自动装配[45]，如图 1.1 在 X-32 X-45 型飞机制造工程中，波音公司利用踪仪测量装配部件和支撑工装，有效提升了装配效率[46]

过程图,过程,飞机装配,飞机装配型架

和方法的研究空航天大学研究了飞机装配工艺过程仿真[50-52] 装配型架的数配工装等技术，并且研发了用于飞机装配型架的 cad 系统[56]，型架和量规的设计过程中应用还与沈飞合作设计了利用激光跟字化测量的方式，实现了某型飞机大部件的数字化装配[57-58] 大学针对飞机装配容差分配和优化方法飞机装配协调方法进序列的规划和评价方法进行了探讨[59-61] 飞公司自行设计和研制的大飞机 C919，在大部件对接过程中摒方式，转而采用了先进的数字化测量技术及自动化生产线，大大保误差控制在毫米以内图 1.3 和图 1.4 展示了 C919 机身段和
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249

【参考文献】