基于激光跟踪仪的飞机机翼自动化扫描测量系统设计

摘要

机翼装配通常以骨架为基准进行壁板定位，由于壁板上难以找到准确代表其位置和姿态的典型特征，传统装配方法依据骨架与壁板之间的凸台等自定位特征人眼观察进行装配，难以实现壁板与骨架之间的准确协调和间隙评价。本文依托浙江大学承担的某型飞机机翼自动化装配系统项目，研究基于激光跟踪仪扫描的壁板自动化测量方法，实现激光跟踪仪与数控机床的硬件集成和软件集成，并应用在Polyworks软件上进行二次开发，实现了自动化扫描、壁板姿态评价、机翼装配干涉检测等功能模块的开发。结合装配工艺集成管理系统和壁板调姿定位控制系统，实现壁板数字化调姿定位，同时准确计算壁板与骨架贴合面的干涉量，提高壁板与骨架的协调准确度和装配效率。
　　本文第一章介绍飞机数字化装配技术的研究背景和研究意义，综述了飞机机翼装配技术的应用现状并且对机翼装配系统进行了概述。然后针对机翼装配中的数字化测量技术进行了详细阐述。最后提出本课题的研究内容和研究意义，给出了论文的总体结构与框架。第二章介绍了机翼组件的结构和特点，然后阐述了机翼自动化装配系统的组成和总体布局，并详细介绍了机翼自动化扫描测量系统的配置、扫描测量工作原理及扫描测量的精度。第三章研究了自动化扫描测量系统的集成，阐述了自动化扫描测量系统的硬件集成，并针对自动化扫描测量软件与装配工艺集成管理系统以及数控系统之间的数据通讯要求，研究了通讯接口的实现方法。第四章分析了自动化扫描测量软件的功能模块设计，并针对每一个功能模块进行了介绍。之后，详细阐述了激光扫描测量模块、扫描数据处理模块、扫描数据分析模块，并给出了其内容与实现方法。第五章在给出了机翼自动化装配总体工艺流程的基础上，详细阐述了上、下壁板与骨架协调的工艺过程规划。最后在自动化扫描测量软件中对壁板与骨架的仿真测量数据进行处理与分析，证明了系统的实用性。第六章对全文的工作做了相应的总结，并对未来进一步的工作进行了展望。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 飞机机翼装配技术

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 机翼装配系统概述

1．3 机翼装配数字化测量技术

1．4 本课题研究背景和意义

1．5 论文结构

第二章 机翼自动化扫描测量系统设计

2．1 引言

2．2 机翼自动化装配系统

2．2．1 机翼自动化装配系统工艺装备

2．2．2 机翼自动化装配系统集成

2．2．3 数字化测量系统总体布局

2．3 机翼自动化扫描测量系统

2．3．1 系统配置

2．3．2 扫描测量工作原理

2．3．3 扫描测量精度分析

2．4 本章小结

第三章 自动化扫描测量系统集成

3．1 系统集成概述

3．2 自动化扫描测量系统硬件集成

3．3 自动化扫描测量系统软件集成

3．3．1 开发环境和开发工具的选择

3．3．2 自动化扫描测量软件

3．3．3 自动化扫描测量软件通信接口实现

3．4 自动化扫描测量软件与装配工艺集成管理系统通讯功能设计

3．4．1 Windows Socket接口技术介绍

3．4．2 基本通讯功能开发

3．5 自动化扫描测量软件与数控系统通讯功能设计

3．6 本章小结

第四章 自动化扫描测量软件功能模块设计

4．1 引言

4．2 自动化扫描测量软件功能模块设计

4．3 激光扫描测量功能模块

4．3．1 扫描前准备子模块

4．3．2 扫描过程控制子模块

4．3．3 扫描数据管理子模块

4．4 扫描数据处理功能模块

4．4．1 点云数据预处理

4．4．2 分块点云数据对齐与合并

4．4．3 由点云数据创建三角化模型

4．5 扫描数据分析功能模块

4．5．1 位姿评价子模块

4．5．2 干涉检测子模块

4．5．3 与CAD模型对比子模块

4．6 人机交互界面设计

4．7 本章小结

第五章 自动化扫描测量系统应用研究

5．1 壁板与骨架协调工艺流程

5．2 自动化扫描测量实例分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献