[发明专利]一种基于薄壁零件外模线控制的装配间隙确定方法

说明书

一种基于飞机薄壁零件外模线控制的装配间隙加垫量确定方法，首先使用数字化测量设备获取骨架、蒙皮（壁板）内模线和外模线的几何信息或实际预装配形状，并对采集到的点云进行分块和特征重构，然后通过各零件的定位面、定位孔等定位特征，计算坐标转换矩阵，统一实测数据点坐标到全局坐标系，进行基于刚性假设的装配定位，最后，将实测模型的外模线与理论外模线进行柔性最佳拟合，来模拟装配需要到达的理想状态，并计算此状态下内模线与骨架之间的间隙量。本发明提高了装配过程的效率和精度，减少了产品反复试装的时间，降低了专用测量工装、保形工装的成本。

技术领域

本发明涉及一种装配技术，尤其是一种飞机薄壁件的高效、自动化装配方法，具体来说是一种通过虚拟装配来实现基于飞机薄壁零件外模线控制的装配间隙确定方法。

背景技术

航空航天等产品其典型结构为骨架-薄壁外壳结构。为保证其气动性能和外形的流线型，外模线与理论值的偏差必须控制在一定范围，然而组成骨架的零件众多，影响骨架外形的原因众多，造成的误差累积导致外模线难以控制。现代航空业的设计要求在组装好的金属骨架和匹配的薄壁零件之间有一个装配间隙，通过在装配间隙加垫来修正骨架装配和薄壁件加工的误差，从而控制外模线在要求范围内。这种装配过程的问题是，它非常耗时，并且薄壁零件容易受装配力的作用产生变形，容易出现质量问题，这对装配间隙的确定增加了难度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有加垫过程耗时，并且薄壁零件容易受装配力的作用产生变形，容易出现质量问题，发明一种基于飞机薄壁零件外模线控制的装配间隙确定方法。该方法减少了实物试装的必要性和专用检测工装的使用，可以大大减少几何质量检查所需的时间和成本。

本发明的技术方案是：

一种基于飞机薄壁零件外模线控制的装配间隙确定方法，其特点在于，先使用数字化测量设备获取要装配零件的初始形状，然后通过构建实测的有限元模型来分析装配过程，最后通过装配后的形状计算装配间隙加垫量。

具体步骤如下：

第一步：使用数字化测量系统获取要装配零件的初始形状；

步骤1.1：使用三维激光扫描仪获取骨架、内模线和外模线的几何信息或实际预装配形状；

步骤1.2：对得到的密集点云进行平滑和抽取；

步骤1.3：对采集到的点云进行分块和特征重构，从而得到骨架和蒙皮或壁板的实测模型；

第二步：通过构建实测的有限元模型来分析装配过程；

步骤2.1：统一实测数据点坐标到全局坐标系，进行基于刚性假设的装配拟合。通过零件的定位面、定位孔等定位特征，建立零件间、零件与夹具间的定位关系，计算坐标转换矩阵，通过坐标转化关系统一坐标系；

步骤2.2：在外模线柔性最佳拟合中将实测模型的外模线与理论外模线匹配，来模拟装配需要到达的理想状态；

第三步：通过装配后的形状计算装配间隙加垫量；

计算在实测模型的外模线与理论外模线重合状态下内模线与骨架之间的间隙量；然后计算零件的灵敏度矩阵和总体刚度矩阵，就可以得出在外模线与理论外模线重合状态下内模线与骨架之间的间隙量。

详述如下：

一种基于飞机薄壁零件外模线控制的装配间隙确定方法：

(1)首先使用数字化测量系统获取骨架、内模线和外模线的几何信息或实际预装配形状。具体地，由数字化测量设备采集的点云数据，然后对点云数据进行处理，即去噪、精简和分块。采用NURBS曲面拟合方法进行重构，从而得到骨架和蒙皮(壁板)的实测模型。