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基于容差约束的飞机部件位姿评价方法研究

作　者: 程志彬
导　师: 王青
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 制造准确度协调准确度容差约束位姿评价最优位姿
分类号: V262.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在飞机数字化装配过程中,需要将机翼、机身等大部件对接装配为整个飞机,为了实现各部件之间的顺利装配,在连接之前必须将各部件调整至理想姿态,使之符合装配要求。本文依托浙江大学所承担的国防重大项目,对飞机大部件数字化调姿技术进行了深入研究,建立一种基于制造准确度和协调准确度等容差约束的飞机部件位姿优化模型。通过求解该优化模型,得到部件的最优位姿,使得部件在满足制造准确度和协调准确度要求的同时,装配综合误差最小。本文第一章阐述了飞机大部件数字化调姿技术的国内外研究现状,系统总结了该技术所涉及的多项关键技术,通过详细介绍飞机部件调姿的现状和问题,阐述了本课题的研究背景及意义,最后给出了论文的研究内容和结构。第二章介绍了在飞机数字化调姿过程中,制造准确度和协调准确度等容差约束的基本概念,并阐述了飞机部件作为一般刚体在空间的位姿变换方法和位姿矢量概念,最后结合装配现场坐标系之间的关系,给出了以飞机部件上工艺特征点偏差为描述的位姿评价方法。第三章以机翼数字化调姿为例,提出一种单部件位姿评价优化算法。针对机翼数字化调姿过程中可能产生翼身交点孔超差和水平测量点超差两种情况进行分析,建立基于翼身交点孔制造准确度和水平测量点协调准确度等容差约束的大部件位姿优化模型。通过求解该优化模型,得到机翼调姿的最优位姿,并通过仿真数据验证该方法的有效性。第四章以机身数字化调姿为例,提出一种多部件位姿评价优化算法。针对机身数字化联动调姿过程中可能产生机身交点孔超差和机身之间相互位置超差两种情况进行分析,建立基于机身交点孔制造准确度和机身之间相互位置协调准确度等容差约束的多部件位姿优化模型。通过求解该优化模型,得到机身的最优位姿,并通过仿真数据验证该方法的有效性。第五章介绍了集成管理系统和底层系统的功能及总体结构,并根据飞机部件调姿的工艺流程,设计了相应的通讯接口,实现了飞机部件调姿位姿评价模块的开发,最后给出软件的主要界面。第六章总结并展望了本文的研究工作和内容。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 飞机大部件数字化调姿技术应用现状  12-14
    1.2.1 国外研究进展  12-14
    1.2.2 国内研究进展  14
  1.3 飞机大部件数字化调姿关键技术  14-20
    1.3.1 数字化定位技术  15-17
    1.3.2 数字化协调技术  17
    1.3.3 非接触式空间测量技术  17-20
  1.4 飞机大部件调姿现状及问题  20-22
    1.4.1 机翼调姿过程  20-21
    1.4.2 机身段调姿对接过程  21-22
  1.5 研究背景和意义  22
  1.6 主要内容与结构  22-24
第二章飞机大部件数字化装配位姿评价方法  24-35
  2.1 引言  24
  2.2 装配容差要求  24-27
    2.2.1 制造准确度  24-26
    2.2.2 协调准确度  26-27
  2.3 刚体位姿变换  27-31
    2.3.1 位置描述与平移变换  27-28
    2.3.2 姿态描述和旋转变换  28-30
    2.3.3 位姿描述与复合变换  30-31
    2.3.4 位姿矢量  31
  2.4 姿态评价方法  31-34
    2.4.1 坐标系关系  31-33
    2.4.2 位姿关系  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章单部件位姿评价方法及应用  35-50
  3.1 引言  35
  3.2 机翼装配位姿评价要求  35-38
    3.2.1 翼身交点的制造准确度  36-37
    3.2.2 水平测量点的协调准确度  37-38
  3.3 单部件位姿优化模型建立与求解  38-44
    3.3.1 模型建立  38-41
    3.3.2 模型求解  41-44
  3.4 应用分析  44-49
  3.5 本章小结  49-50
第四章多部件位姿评价方法及应用  50-62
  4.1 引言  50
  4.2 机身装配位姿评价要求  50-53
    4.2.1 机身交点孔的制造准确度  51-52
    4.2.2 机身之间相互位置的协调准确度  52-53
  4.3 多部件位姿优化模型建立与求解  53-56
    4.3.1 调姿模型建立  53-55
    4.3.2 模型求解  55-56
  4.4 应用分析  56-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章飞机部件位姿评价模块设计与开发  62-74
  5.1 引言  62-63
  5.2 集成管理系统概述  63-65
    5.2.1 底层系统功能概述  63-64
    5.2.2 总体结构  64-65
  5.3 工艺流程设计与任务调度  65-68
    5.3.1 工艺流程设计  65-67
    5.3.2 任务调度及集成  67-68
  5.4 通讯接口设计与实现  68-71
    5.4.1 数据库系统通讯接口  68-69
    5.4.2 测量系统通讯接口  69-71
  5.5 人机交互界面设计  71-73
    5.5.1 人机交互界面  71-72
    5.5.2 人工调整界面  72-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 总结  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-79

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