專利名稱：一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法，用于計算飛機產(chǎn)品在空間定位條件下的數(shù)控托架定位數(shù)據(jù)的方法。
背景技術：
目前的飛機產(chǎn)品的裝配逐步向數(shù)字化方向發(fā)展來取代傳統(tǒng)的人工裝配的作業(yè)方法，自動鉆鉚機已經(jīng)在飛機裝配線上采用，但飛機產(chǎn)品在自動鉆鉚機上加工時必須滿足自動鉆鉚機的主軸垂直鉆入飛機產(chǎn)品表面，由于飛機產(chǎn)品的表面為雙曲度且不規(guī)則，使得飛機產(chǎn)品在加工時要不斷調(diào)整空間狀態(tài)使鉚接點調(diào)平，此前的這種調(diào)整由人工來實施，靠人工主觀判斷，只能近似完成調(diào)平，造成定位時間長、效率低、勞動強度高，且定位不準確。為實現(xiàn)飛機產(chǎn)品的自動調(diào)平，提高效率，設計制造了用于進行空間定位調(diào)平飛機產(chǎn)品的數(shù)控托架，但在使用過程中要計算出數(shù)控托架的多軸空間定位數(shù)據(jù)來使飛機產(chǎn)品上的每一鉚接點滿足其空間定位要求，國外航空制造業(yè)在解決此計算問題時采用專業(yè)公司的FASTIP軟件，約需花費人民幣一百五十萬左右，成本極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法，該方法使數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)此定位數(shù)據(jù)能自動運行，可以使定位在數(shù)控托架上飛機產(chǎn)品在空間上滿足自動鉆鉚機的工作要求。為解決以上問題，本發(fā)明的具體技術方案如下一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法，包括以下步驟
1)利用CATIA或DELMIA三維數(shù)字化環(huán)境為平臺，進行自動鉆鉚機、數(shù)控托架和飛機產(chǎn)品三維數(shù)模的處理，三維數(shù)模尺寸均按1 :1實際尺寸設計，統(tǒng)一調(diào)入數(shù)字化環(huán)境后其空間的相互位置關系按實際位置進行約束，飛機產(chǎn)品表面的鉚接點按實際需要進行選取，采用 CATIA曲面法線功能為每個鉚接點建立以鉚接點為起點，固定長度值的法向直線；
2)根據(jù)實際的加工形式分析數(shù)控托架和自動鉆鉚機的可動部件，數(shù)模中進行固定機構和運動機構的定義，實現(xiàn)自動鉆鉚機、地面、數(shù)控托架的X軸導軌的固定，數(shù)控托架的多軸的空間運動定義，自動鉆鉚機的下鉚頭旋轉和升降的運動關系、方向和行程進行定義；
3)為數(shù)控托架的多軸運動設置驅動命令，封閉其自由度鏈，使所有調(diào)入的數(shù)模成為一個機械裝置，由外部命令進行驅動，此時數(shù)字化空間的運動進入可模擬狀態(tài)；
4)進入模擬界面，模擬各軸運動是否符合實際情況，其中模擬結果可立即在數(shù)字空間體現(xiàn)出來；
5)修正數(shù)控托架數(shù)模的運動零點，使其與實際數(shù)控托架的零點重合，具體步驟為在實際數(shù)控托架運行到固定位置時，從控制臺屏幕獲取實際數(shù)控托架各軸運動數(shù)據(jù)，并測量實際固定位置與數(shù)模中的固定基準點的位置關系，在數(shù)模中利用此測量值約束數(shù)控托架的數(shù)模與鉆鉚機的相對關系，使數(shù)模中的固定基準點的位置與實際情況一致，然后進入模擬界面，記錄數(shù)模中數(shù)控托架各軸的數(shù)值，逐項計算差值；將此差值補償進步驟4中數(shù)模的數(shù)值輸入?yún)^(qū)，數(shù)模即移動到實際位置，然后編輯驅動命令，將各軸置零，這時數(shù)控托架的實際零點將與數(shù)模中的固定基準點重合；
6)根據(jù)自動鉆鉚機的主軸垂直鉆入飛機產(chǎn)品表面的要求，以及飛機產(chǎn)品表面鉚接點在工作位置時位于自動鉆鉚機壓力腳襯套的中心的條件，在數(shù)字化空間設置法線重合約束和鉚接點重合約束，使自動鉆鉚機的主軸的軸線與鉚接點法線直線重合，鉚接點與壓力腳襯套中心重合；
7)進行數(shù)模的刷新，使約束運行到位，可在數(shù)字化空間直接看到實際的空間運行結果，進入步驟4的模擬界面，此時處于工作位置的鉚接點的在實際工作條件下的數(shù)控托架的五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)的結果被自動計算并顯示出來；
8)利用步驟6和步驟7可計算出飛機產(chǎn)品表面任意一點自動鉆鉚工作條件下的數(shù)控托架五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)；
9)空間定位數(shù)據(jù)的碰撞驗證及批量輸出針對一個完整的飛機產(chǎn)品將所有的鉚接點的空間定位數(shù)據(jù)進行批量輸出形成一個序列，供實際使用，在三維環(huán)境中對空間定位數(shù)據(jù)序列進行干涉驗證；
10)數(shù)控編程根據(jù)形成的空間定位數(shù)據(jù)序列能直接供數(shù)控系統(tǒng)使用，驅動定位有飛機產(chǎn)品的數(shù)控托架在空間定位，使任意鉚接點的位置和空間姿態(tài)滿足法線垂直即調(diào)平要求，使自動鉆鉚機能快速、連續(xù)進行作業(yè)。該用于數(shù)控托架的空間定位計算方法采用上述步驟，實現(xiàn)了虛擬數(shù)字空間與實際設備工作空間的映射，在數(shù)字化空間計算出實際飛機產(chǎn)品定位時的數(shù)控托架空間定位數(shù)據(jù)，并實際用于數(shù)控托架的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了數(shù)控托架的連續(xù)安全的空間定位。


圖1為自動鉆鉚機、數(shù)控托架及飛機產(chǎn)品示意圖。圖2為飛機產(chǎn)品鉚接點約束示意圖。圖3為實際加工位置剖視圖。其中1、數(shù)控托架；2、數(shù)控托架的X軸導軌；3、數(shù)控托架的多軸；4、動鉆鉚機的主軸；5、壓力腳襯套；6、鉚接點；7、法向直線；8、自動鉆鉚機的下鉚頭。
具體實施例方式一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法，按如下步驟進行
1)如圖1所示，利用CATIA或DELMIA三維數(shù)字化環(huán)境為平臺，進行自動鉆鉚機、數(shù)控托架和飛機產(chǎn)品三維數(shù)模的處理，三維數(shù)模尺寸均按1 :1實際尺寸設計，統(tǒng)一調(diào)入數(shù)字化環(huán)境后其空間的相互位置關系按實際位置進行約束，飛機產(chǎn)品表面的鉚接點6按實際需要進行選取，采用CATIA曲面法線功能為每個鉚接點建立以鉚接點為起點，固定長度值的法向直線7;
2)根據(jù)實際的加工形式分析數(shù)控托架和自動鉆鉚機的可動部件，在數(shù)模中進行固定機構和運動機構的定義，實現(xiàn)自動鉆鉚機、地面、數(shù)控托架的X軸導軌2的固定，數(shù)控托架的多軸3的空間運動定義，自動鉆鉚機的下鉚頭8旋轉和升降的運動關系、方向和行程進行定義；
3)為數(shù)控托架的多軸運動設置驅動命令，封閉其自由度鏈，使所有調(diào)入的數(shù)模成為一個機械裝置，由外部命令進行驅動，此時數(shù)字化空間的運動進入可模擬狀態(tài)；
4)進入模擬界面，模擬各軸運動是否符合實際情況，其中模擬結果可立即在數(shù)字空間體現(xiàn)出來；
5)修正數(shù)控托架1數(shù)模的運動零點，使其與實際數(shù)控托架的零點重合，具體步驟為在實際數(shù)控托架1運行到固定位置時，從控制臺屏幕獲取實際數(shù)控托架各軸運動數(shù)據(jù)，并測量實際固定位置與數(shù)模中的固定基準點的位置關系，在數(shù)模中利用此測量值約束數(shù)控托架的數(shù)模與鉆鉚機的相對關系，使數(shù)模中的固定基準點的位置與實際情況一致，然后進入模擬界面，記錄數(shù)模中數(shù)控托架各軸的數(shù)值，逐項計算差值；將此差值補償進步驟4中數(shù)模的數(shù)值輸入?yún)^(qū)，數(shù)模即移動到實際位置，然后編輯驅動命令，將各軸置零，這時數(shù)控托架的實際零點將與數(shù)模中的固定基準點重合；
6)如圖2所示，根據(jù)自動鉆鉚機的主軸垂直鉆入飛機產(chǎn)品表面的要求，以及飛機產(chǎn)品表面鉚接點在工作位置時位于自動鉆鉚機壓力腳襯套的中心的條件，在數(shù)字化空間設置法線重合約束和鉚接點重合約束，使自動鉆鉚機的主軸4的軸線與鉚接點法線直線7重合，鉚接點6與壓力腳襯套5中心重合；
7)進行數(shù)模的刷新，使約束運行到位，如圖3所示，可在數(shù)字化空間直接看到實際的空間運行結果，進入步驟4的模擬界面，此時處于工作位置的鉚接點的在實際工作條件下的數(shù)控托架的五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)的結果被自動計算并顯示出來；
8)利用步驟6和步驟7可計算出飛機產(chǎn)品表面任意一點自動鉆鉚工作條件下的數(shù)控托架五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)；
9)空間定位數(shù)據(jù)的碰撞驗證及批量輸出針對一個完整的飛機產(chǎn)品將所有的鉚接點的空間定位數(shù)據(jù)進行批量輸出形成一個序列，供實際使用，在三維環(huán)境中對空間定位數(shù)據(jù)序列進行干涉驗證；
10)數(shù)控編程根據(jù)形成的空間定位數(shù)據(jù)序列能直接供數(shù)控系統(tǒng)使用，驅動定位有飛機產(chǎn)品的數(shù)控托架在空間定位，使任意鉚接點的位置和空間姿態(tài)滿足法線垂直即調(diào)平要求，使自動鉆鉚機能快速、連續(xù)進行作業(yè)。 本方法的優(yōu)點為采用了唯一的全三維數(shù)字化的計算環(huán)境，直觀、準確地反映出飛機產(chǎn)品和設備之間的相對位置關系，避免了不同來源的數(shù)字模型的相對坐標系的轉換問題。計算結果和圖形化空間同步顯示，使加工過程可視化成為可能，并能直接驗證空間定位的可行性。通過本方法能方便快捷地計算出飛機產(chǎn)品表面每一個鉚接點的數(shù)控定位數(shù)據(jù)， 此數(shù)據(jù)可直接用于數(shù)控托架的數(shù)控系統(tǒng)進行設備的驅動。使用過程中能對數(shù)控托架和自動鉆鉚機進行相對運動的模擬仿真，并在運動過程中進行命令參數(shù)控制，模擬實際運行情況， 大大提高試運行過程的一次成功率，在數(shù)控托架上飛機產(chǎn)品的型號發(fā)生變化時，只需在系統(tǒng)中將數(shù)模做相應更換，即可再次快速計算出結果并進行空間模擬運動，預測飛機產(chǎn)品進入和退出自動鉆鉚機過程中的干涉問題，并在仿真過程中通過修改數(shù)控托架運行路徑來進行躲避，極大提高了設備運行過程中的安全性和可控性。
權利要求
1. 一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法，其特征在于包括以下步驟1)利用CATIA或DELMIA三維數(shù)字化環(huán)境為平臺，進行自動鉆鉚機、數(shù)控托架和飛機產(chǎn)品三維數(shù)模的處理，三維數(shù)模尺寸均按1 :1實際尺寸設計，統(tǒng)一調(diào)入數(shù)字化環(huán)境后其空間的相互位置關系按實際位置進行約束，飛機產(chǎn)品表面的鉚接點按實際需要進行選取，采用 CATIA曲面法線功能為每個鉚接點建立以鉚接點為起點，固定長度值的法向直線；2)根據(jù)實際的加工形式分析數(shù)控托架和自動鉆鉚機的可動部件，數(shù)模中進行固定機構和運動機構的定義，實現(xiàn)自動鉆鉚機、地面、數(shù)控托架的X軸導軌的固定，數(shù)控托架的多軸的空間運動定義，自動鉆鉚機的下鉚頭旋轉和升降的運動關系、方向和行程進行定義；3)為數(shù)控托架的多軸運動設置驅動命令，封閉其自由度鏈，使所有調(diào)入的數(shù)模成為一個機械裝置，由外部命令進行驅動，此時數(shù)字化空間的運動進入可模擬狀態(tài)；4)進入模擬界面，模擬各軸運動是否符合實際情況，其中模擬結果可立即在數(shù)字空間體現(xiàn)出來；5)修正數(shù)控托架數(shù)模的運動零點，使其與實際數(shù)控托架的零點重合，具體步驟為在實際數(shù)控托架運行到固定位置時，從控制臺屏幕獲取實際數(shù)控托架各軸運動數(shù)據(jù)，并測量實際固定位置與數(shù)模中的固定基準點的位置關系，在數(shù)模中利用此測量值約束數(shù)控托架的數(shù)模與鉆鉚機的相對關系，使數(shù)模中的固定基準點的位置與實際情況一致，然后進入模擬界面，記錄數(shù)模中數(shù)控托架各軸的數(shù)值，逐項計算差值；將此差值補償進步驟4中數(shù)模的數(shù)值輸入?yún)^(qū)，數(shù)模即移動到實際位置，然后編輯驅動命令，將各軸置零，這時數(shù)控托架的實際零點將與數(shù)模中的固定基準點重合；6)根據(jù)自動鉆鉚機的主軸垂直鉆入飛機產(chǎn)品表面的要求，以及飛機產(chǎn)品表面鉚接點在工作位置時位于自動鉆鉚機壓力腳襯套的中心的條件，在數(shù)字化空間設置法線重合約束和鉚接點重合約束，使自動鉆鉚機的主軸的軸線與鉚接點法線直線重合，鉚接點與壓力腳襯套中心重合；7)進行數(shù)模的刷新，使約束運行到位，可在數(shù)字化空間直接看到實際的空間運行結果，進入步驟4的模擬界面，此時處于工作位置的鉚接點的在實際工作條件下的數(shù)控托架的五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)的結果被自動計算并顯示出來；8)利用步驟6和步驟7可計算出飛機產(chǎn)品表面任意一點自動鉆鉚工作條件下的數(shù)控托架五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)；9)空間定位數(shù)據(jù)的碰撞驗證及批量輸出針對一個完整的飛機產(chǎn)品將所有的鉚接點的空間定位數(shù)據(jù)進行批量輸出形成一個序列，供實際使用，在三維環(huán)境中對空間定位數(shù)據(jù)序列進行干涉驗證；10)數(shù)控編程根據(jù)形成的空間定位數(shù)據(jù)序列能直接供數(shù)控系統(tǒng)使用，驅動定位有飛機產(chǎn)品的數(shù)控托架在空間定位，使任意鉚接點的位置和空間姿態(tài)滿足法線垂直即調(diào)平要求，使自動鉆鉚機能快速、連續(xù)進行作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控托架的空間定位計算方法，包括以下步驟1)各部件的三維數(shù)模的處理；2)數(shù)模中進行固定機構和運動機構的定義；3)為數(shù)控托架的多軸運動設置驅動命令；4)模擬各軸運動是否符合實際情況；5)修正數(shù)控托架數(shù)模的運動零點；6)自動鉆鉚機主軸軸線與鉚接點法線重合，鉚接點與壓力腳襯套中心重合；7)進行數(shù)模的刷新；8)計算出飛機產(chǎn)品表面任意一點自動鉆鉚工作條件下的數(shù)控托架五軸數(shù)據(jù)和下鉚頭的升降位置和旋轉角度數(shù)據(jù)；9)空間定位數(shù)據(jù)的碰撞驗證及批量輸出；10)數(shù)控編程使自動鉆鉚機連續(xù)進行作業(yè)。該方法使數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)此定位數(shù)據(jù)能自動運行，可以使數(shù)控托架上飛機產(chǎn)品在空間上滿足自動鉆鉚機的工作要求。
文檔編號G05B17/02GK102566439SQ20111044351
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權日2011年12月27日
發(fā)明者周自敏, 孟凡波, 孟祥韜, 梁曉丹, 王環(huán), 薛玉石, 郭春英 申請人:中航沈飛民用飛機有限責任公司