亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种大型零部件最佳装配位姿匹配的方法
技术领域：
本发明涉及一种大型零部件数字化装配测量过程中的最佳装配位姿匹配的方法。
背景技术：
测量辅助装配技术是实现大型产品数字化装配，控制装配质量和关键特性的有效途径之一，利用便携式大尺寸测量设备在产品装配中对各部件位姿进行实时跟踪测量，检查关键特征的位置，以达到产品装配质量的技术要求。大型零部件装配中位姿的精确调整与控制是保证产品装配精度的工作重点之一，尤其是在部件对接、产品总装时的作用更为突出。装配位姿匹配是大型零部件数字化装配中测量数据处理的一个关键环节，旨在为测量辅助装配技术的实施提供装配体精确位姿数据以便其精确定位，并提供最佳目标装配位姿以保证装配准确度，达到最佳的实际装配效果。在大型部件装配中装配体当前位姿与最佳目标位姿的确定上，一般性处理方式是简单利用各关键尺寸及形位公差是否处于设计容差范围来判断，实质上只是粗略的一种求解。因此，该方式下要实现高精度的装配质量还是需要采用提高容差设计要求来控制，这意味着零部件的制造精度有更高要求，效果和经济性上都不够理想。本发明提出方法能够在设计容差允许范围内更加精确的实现最佳装配效果的目标位姿的求解，为数字化定位装置提供更理想的定位调整参数。

发明内容
本发明的目的是针对装配位姿测量中的数据一般性处理方式存在的不足及大型零部件数字化辅助装配定位的需要，提出的一种较为理想的位姿匹配方法。一种大型零部件装配中最佳装配位姿匹配的方法，其包括零部件当前位姿匹配与零部件最佳目标装配位姿匹配2阶段当前位姿匹配阶段包括以下基本步骤1)测定装配现场中固定基准参考点的空间位置；2)将基准参考点拟合成基准装配坐标系，与数字化装配模型中全局坐标系进行统 3)测定待定位可移动装配体上各位置参考点的空间位置；4)对比数字化装配模型中各位置参考点的名义位置，运用当前位姿匹配算法求取装配体的当前空间位姿的六个独立参数；最佳目标装配位姿匹配阶段包括以下基本步骤5)测定已定位的基准装配体上与各装配准确度检测项对应测点的位置，按照参考基准几何要素的类型拟合成相应的几何要素；6)测定待定位可移动装配体上与各装配准确度检测项对应测点的位置，并将测点数据转换到装配体的本地零部件坐标系下；
7)假定与待定位装配体固联的各测点位置随着装配体在一定空间范围内按规律移动，计算装配体处在一系列离散位置姿态时各检测项的精度偏差，并计算多目标向单目标映射的综合总体准确度偏差系数；8)计算各单项精度偏差与总体精度偏差系数是否满足设定要求，否则重复步骤 7，直至获得满足要求的待定位可移动装配体的空间位姿，该位姿即为待定位装配体的实际最佳目标装配位姿。所述的测量装配现场基准参考点、零部件上位姿参考点及各检测项测点的测量均采用激光跟踪仪执行数据采集操作。激光跟踪仪放置于能够观测到各公共点和相应测点的现场位置。将基准测量点拟合成基准坐标系的步骤为先将各基准测点拟合成基准平面 Χ0Υ,选定其中两个点在XOY平面上直线的投影作为X轴方向，选定一点在XOY平面的投影作为坐标原点0，由此确定拟合坐标系的基本参数，并对该原始拟合坐标系进行一定空间变换作为全局装配基准坐标系。零部件的位姿可由该部件坐标系在全局装配坐标系下的空间位置来表示，它由6 个独立参量构成的六元组1 =[仏代外/^&,凡]，表示零部件从初始位姿到当前位姿依次绕参考坐标系的χ轴旋转Ψ度，绕y轴旋转θ度，绕ζ轴旋转ρ度，最后在x，y，ζ方向各平移Px，Py，Pz获得，进行空间位姿计算时将此6个独立参数变量表示为4X4的空间变换矩阵T再参与运算，其中R为旋转矩阵分量，P为平移分量
权利要求
1.一种大型零部件装配中最佳装配位姿匹配的方法，其包括零部件当前位姿匹配与零部件最佳目标装配位姿匹配2阶段当前位姿匹配阶段包括以下基本步骤1)测定装配现场中固定基准参考点的空间位置；2)将基准参考点拟合成基准装配坐标系，与数字化装配模型中全局坐标系进行统一；3)测定待定位可移动装配体上各位置参考点的空间位置；4)对比数字化装配模型中各位置参考点的名义位置，运用当前位姿匹配算法求取装配体的当前空间位姿的六个独立参数；最佳目标装配位姿匹配阶段包括以下基本步骤5)测定已定位的基准装配体上与各装配准确度检测项对应测点的位置，按照参考基准几何要素的类型拟合成相应的几何要素；6)测定待定位可移动装配体上与各装配准确度检测项对应测点的位置，并将测点数据转换到装配体的本地零部件坐标系下；7)假定与待定位装配体固联的各测点位置随着装配体在一定空间范围内按规律移动， 计算装配体处在一系列离散位置姿态时各检测项的精度偏差，并计算多目标向单目标映射的综合总体准确度偏差系数；8)计算各单项精度偏差与总体精度偏差系数是否满足设定要求，否则重复步骤7，直至获得满足要求的待定位可移动装配体的空间位姿，该位姿即为待定位装配体的实际最佳目标装配位姿。
2.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，其特征在于将实际测量数据与数字化标准装配模型进行匹配计算，获取零部件在全局坐标系下的位姿过程零部件位姿可用旋转矩阵和平移向量构成的六元组ν表示1 示零部件从初始位姿到当前位姿依次绕参考坐标系的χ轴旋转Ψ度，绕y轴旋转θ度，绕 ζ轴旋转P度，最后在x，y，z方向各平移px，py，pz获得，空间位姿可由此6个独立参数为基本变量表示为4X4的空间变换矩阵T
3.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，当前位姿匹配阶段，其特征在于把待定位测量零部件在全局坐标系下的空间位姿参考实测点与数字化标准模型中点的名义
4.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，当前位姿匹配阶段，其特征在于实测点与名义点两组数据的计算处理过程，其中{Pi-cJ为待测装配体模型上名义位置点组，坐标值相对于本地零部件坐标系，{Pi-J为待测部件上位置实测点组，坐标值相对于装配坐标系，T1为待求用6个独立参量表示的待测零部件空间位姿。在此基础上，优化目标函数进一步细化为
5.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，其特征在于运用粒子群算法来实现当前位姿匹配与最佳目标装配位姿匹配的计算求解，其中每个粒子代表零部件空间位姿的一个解，它有6个维度Xi = (xn, xi2,…，xiD)分别代表示空间位姿的6个独立变量
6.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，最佳目标装配位姿匹配阶段，其特征在于涉及到最佳目标装配位姿的装配准确度检测项约束包括一般性尺寸公差、形位公差、以及根据产品装配要求制定的特殊检测项类型。
7.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，最佳目标装配位姿匹配阶段，其特征在于先将待定位可移动零部件上各检测项点坐标值{Pk}从全局坐标系转换到零部件本地坐标系下{pkJ，然后计算这些测点随该零部件在空间内按规律移动到不同的位姿状态T 下的全局位置坐标值{Pks}，然后结合基准测点组数值{pkD}计算零部件处于空间中各可能装配位姿状态下的检测项评估结果，其计算公式为
8.根据权利要求1所述的最佳装配位姿匹配方法，最佳目标装配位姿匹配阶段，其特征在于把已定位基准零部件与待定位可移动零部件在全局坐标系下各关键特性的装配准确度检测项的匹配约束都表达成检测项偏差值的形式，采用多目标向单目标统一映射的优化模型，对各检测匹配和各约束分配权值Wk后求加权综合偏差，优化目标函数如
全文摘要
本发明公开了一种用于大型零部件数字化装配中位姿测量及调整中的测量数据处理方法，依据实测数据对比数字化理论模型匹配装配零部件的当前位姿，并据此计算实际最佳目标装配位姿。利用激光跟踪仪测量零部件上的各关键特征的位置，以及各装配检测项的相应的检测点。测量数据通过本方法进行处理后能为大型部件数字化柔性装配系统提供精确的装配体位姿数据及定位调整参数，并配合实时测量实现部件的最佳装配效果。
文档编号G01B11/00GK102183205SQ201110053699
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年1月19日
发明者刘仁伟, 邵健, 郑联语 申请人:北京航空航天大学