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基于实测模型的舱段虚拟装配与容差优化研究

作　者: 包宗明
导　师: 李树军
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 尺寸链 虚拟装配 实测模型 容差优化
分类号: V465
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


运载火箭的外壳是通过一段一段的圆柱形和圆锥形舱段拼接组成。舱段采用复合材料制造成薄壁结构,易发生变形现象。舱段内壁要安装支架用于定位火箭搭载的仪器和飞船。而在发生微小变形的舱段上安装大量的密集的支架并且要保证足够高的精度时,易发生由于变形引起的支架之间的干涉现象。当发生干涉后调整难度非常大。每个舱段采用复合材料制造,成本非常高,每个舱段的浪费都会造成巨大的损失。因此舱段加工和装配不能通过自动化设备而是采用手工方式进行生产,造成生产效率非常低。分析可以发现,效率的瓶颈是舱段的变形而造成的加工和装配的困难。更深层次的原因是在安装前不能获得支架的不发生干涉的最优的安装位置。为了获得在实际舱段上最优的支架安装位置,提高生产效率,保证不发生干涉现象和保证技术要求,实现自动化生产,需要对安装过程进行研究和仿真分析。针对这个问题,本文的研究内容如下：首先,通过关节臂测量机测量得到舱段实际模型的点云数据。分析了基于实测模型的虚拟装配所需的关键技术。分别为：1点云处理与信息重构技术,包括点云数据处理,点云去噪,大规模点云数据精简,点云数据拟合曲面的方法,2点云数据重构技术包括在点云中获得基准信息,回转体的同轴度,圆跳动,全跳动信息。3为了保证模型接口的稳定性,讨论了基于面片的装技术,并用这些技术搭建虚拟装配仿真平台。其次,建立了舱段支架多约束属性。约束包括尺寸链约束,装配定位约束,关键点约束。根据支架装配问题特点,通过点云数据拟合的曲面,给出在实测模型上计算支架匹配点的计算方法。设定支架的关键点与关键面约束,通过匹配算法和插值算法得到支架在舱段微调时,点与面的变动规律。通过点与面的约束关系,限制支架之间可能发生的碰撞。最后,根据支架技术要求,给出了建立环形尺寸链的方法并建立了支架装配环形尺寸链,建立容差优化模型,综合考虑了支架之间复杂的约束关系,保证在不发生碰撞的前提下获得较高的装配稳定性,和最优的支架之间的间隙。并在搭建的虚拟装配平台中进行仿真验证证明方法的准确性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-11
    1.1.1 舱段装配问题  10
    1.1.2 舱段装配特点  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 数字化制造技术研究现状  11-12
    1.2.2 数字化测量技术  12-13
    1.2.3 数字化预装配技术  13
    1.2.4 容差分析与优化研究现状  13-16
  1.3 课题研究的意义和目标  16
  1.4 本文的结构与主要内容  16-18
第2章 融合实测数据的虚拟装配关键技术  18-36
  引言  18
  2.1 点云模型处理技术  18-26
    2.1.1 点云数据  18-19
    2.1.2 测量数据精简  19-22
    2.1.3 点云去噪  22-25
    2.1.4 点云重建曲面技术  25-26
  2.2 点云数据特征重构技术  26-32
    2.2.1 基于最小二乘法基准平面和基准轴重构  26-30
    2.2.2 制造偏差信息的重构  30-32
  2.3 基于面片模型的装配技术  32-35
    2.3.1 基于面片模型的装配过程  32-33
    2.3.2 约束定义  33
    2.3.3 约束求解  33-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章 基于实测模型的装配约束  36-50
  引言  36
  3.1 舱段装配的尺寸链约束  36-39
    3.1.1 容差分配方法  36-37
    3.1.3 环形尺寸链约束优化  37-39
  3.2 装配定位约束  39-45
    3.2.1 装配定位约束选取  39-42
    3.2.2 装配定位约束计算  42-43
    3.2.3 支架装配约束分类求解  43-45
  3.3 支架之间相互位置约束  45-47
  3.4 约束优化  47-48
  3.5 本章小结  48-50
第4章 虚拟装配与容差分配平台开发  50-66
  引言  50
  4.1 系统开发  50-52
  4.2 应用实例  52-64
    4.2.1 点云处理  52-55
    4.2.2 支架装配  55-64
  4.3 本章小结  64-66
第5章 总结与展望  66-68
  5.1 结论  66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 制造工艺 > 部件装配与总装配
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