[发明专利]一种确定壁板曲面法向矢量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体为一种确定壁板曲面法向矢量的方法。

背景技术

在对飞机壁板等工件进行自动钻铆加工时，自动钻铆机数控系统是按照壁板的理论模型来加工的。而实际上，尽管工装，壁板均按照理论位置进行定位，但托架受重力作用会发生整体下挠、托架转动时其各方向的变形会动态改变，以及铆钉墩头成型会造成壁板等薄壁铆接件变形，这些影响会导致装夹在托架上的实际壁板偏离其理论位置，继而铆接点外法向矢量总是会与理论法向矢量产生偏差，如此的偏差会影响铆钉孔的垂直度，进而影响壁板结构的疲劳寿命。因此为了实现飞机壁板等工件的法向调平，需要计算工件上待钻铆点处的实际法向矢量。

目前通常采用的法向矢量测量方法有：

1)以坐标测量机为代表的接触式测量。其测量精度高，但工作耗时较长，不易实现在线实时测量，一般只适用于零件的表面形状检测；测量机体积较大、会造成与自动钻铆机在空间的上的干涉，无法应用到现有的自动钻铆系统中。

2)非接触测量中的视觉测量方法。主要用计算机来模拟人的视觉功能从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。视觉测量对工件环境与测量对象的要求较多、测量视场范围对传感器的安装位置有所要求且需要在测量对象上贴上靶标或者添加结构光传感器发射标记点，影响工作效率。该测量方法不便应用到壁板自动钻铆法向矢量测量中。

3)激光测距的方法。由于激光具有优异的特性，激光传感器适应自动钻铆机的工作环境和安装空间，其可方便、快捷测量出精度较高的单向距离，但无法一次性测量出所需点的三维坐标信息。

在壁板曲面法向矢量常用求解方法中，目前通常采用的求解方法为：1)三角面片法；2)累加弦长法。三角面片法应用比较广，但是该方法并没有严格的数学推理或物理背景，更多的是通过调整权值分别进行计算各三角面片的法向矢量，根据计算结果来判断算法的优劣；采用累加弦长三次样条参数曲线，先求出离散点处两个方向的切向矢量，叉乘运算即可得到离散点处的法向矢量，但这样需要大量离散点的坐标值，测量效率低下。由于测量技术、工作效率以及自动钻铆设备机械结构的限制，在实际自动钻铆加工过程中，壁板表面大量数据点坐标的采集是无法实现的，使此方法失去了应用的前提。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有的测量求解壁板曲面法向矢量方法中的问题，本发明提出了一种确定壁板曲面法向矢量的方法。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种确定壁板曲面法向矢量的方法，通过自动钻铆机数控系统中壁板工件的理论曲面方程f_s(x，y，z)＝0和待钻铆点M的理论坐标(x₀，y₀，z₀)，得到待钻铆点M处的理论法向矢量为其特征在于：还包括以下步骤：

步骤1：将壁板工件安装在自动钻铆机机床工作台面上并对刀，在自动钻铆机动力头四周分布安装有四个测距传感器，四个测距传感器端部处于同一平面，并且四个测距传感器端部与自动钻铆机机床工作台面距离相同，且距离为H；

步骤2：根据壁板工件上的待钻铆点M在自动钻铆机数控系统中X，Y方向的理论坐标(x₀，y₀)，同步平移自动钻铆机动力头与四个测距传感器，使自动钻铆机动力头中心的X，Y方向坐标为(x₀，y₀)，而后在数控系统中读取四个测距传感器端部中心沿Z方向在壁板工件上投影得到的四个特征点P₁，P₂，P₃，P₄的X，Y方向坐标和采用测距传感器测得待钻铆点M和四个特征点P₁，P₂，P₃，P₄与四个测距传感器端部所处平面的距离为得到待钻铆点M和四个特征点P₁，P₂，P₃，P₄的Z方向坐标为和