无标定视觉伺服多轴孔装配定位方法研究

针对机器人多轴孔铆接装配件装配过程易出现装配件定位不准、孔与铆钉对准困难和装配效率低等问题,提出一种基于鲁棒卡尔曼滤波和前馈神经网络的铆接件视觉伺服精确定位方法,实现多轴孔铆接工件的自动定位。首先,搭建以工件顶点为特征点的机器人视觉伺服定位系统;其次,利用鲁棒卡尔曼滤波在线预测图像雅可比矩阵,并借助前馈神经网络在线动态补偿系统的估计误差,解决未知系统噪声的互相关性及“图像-操作空间”延时性造成的图像雅可比矩阵辨识精度低的问题;最后,采用最小二乘法设计无标定视觉伺服深度估计器,通过机器人的运动状态和图像特征的变化数据估计深度,解决铆接件定位时的深度问题。研究结果表明:相较于采用传统卡尔曼滤波的视觉伺服方法,机器人末端速度收敛时间减少30%,收敛曲线平滑,机器人末端运行轨迹平稳且接近直线,无振荡回馈现象,图像特征点定位误差绝对值最大为0.228像素,能够实现公板和母板快速定位,保证机器人快速完成铆接件的定位对准及后续装配任务。

基于有限元模拟的铆接工艺参数优化

为提高铆接质量,从分析孔周应力分布与铆接工艺参数规律的角度入手,利用ABAQUS软件对不同铆接工艺参数的压铆过程进行了有限元分析。深入探究了预制孔倒角、下压量、铆接速度等工艺参数对孔周应力的具体影响规律。通过等值线图和望小特性函数等数据分析手段,成功确定了最优的铆接工艺参数组合,并进行了拉伸试验验证。实验结果表明,采用倒角深度为0.3 mm、铆接速度为15 mm/s、下压量为3.2 mm的最优工艺参数组合,可以显著减少连接域的孔周应力,进而提升铆接质量。

铆钉镀层对单边摩擦铆焊接头成形及力学性能的影响

铆钉镀层是影响铆接接头成形及力学性能的重要因素,采用单边摩擦铆焊(SSFR)工艺连接6005A-T6和6A01-T5铝合金板材,研究了无镀层、Zn镀层、ZnNi镀层三种类型铆钉对应的SSFR接头成形过程铆接力、能量输入及接头宏微观成形的演化规律,分析了接头中不同位置的镀层剩余厚度及铆钉/板材界面的元素扩散,探究了铆钉镀层对接头拉剪和十字拉伸性能的影响。研究结果表明,镀层的引入降低了铆钉旋转产生的能量输入,从而使铝合金材料的热影响区减小,但能量输入的降低不利于铆钉空腔内铝合金材料间固相连接的形成,导致接头的拉剪和十字拉伸性能下降。与Zn镀层相比,ZnNi镀层的耐磨性较强,在铆钉高速旋转的搅拌摩擦作用下镀层剩余厚度仍超过40%,有助于提高接头的抗腐蚀性能。

孔径与压铆力对单铆搭接接头残余应力与剪切性能的影响

铆接是飞机结构装配的重要连接方式,飞机结构失效大多发生在连接孔处,因此对铆接接头质量进行综合评估非常重要。以单铆搭接接头为研究对象,通过有限元仿真分析与拉伸剪切实验研究了不同压铆力与孔径铆接工艺参数组合下的铆接接头孔周残余应力分布和剪切性能。有限元分析结果表明,增大压铆力可以显著扩大孔周的纵向残余压应力分布区域,并使最大纵向残余拉应力位置远离孔边缘;而孔径仅对纵向残余压应力分布区域的影响较为显著。拉伸剪切实验表明,单铆搭接结构的失效形式均为铆钉沿剪切面的瞬时断裂;在孔径为4.20 mm时采用压铆力为21 kN成型的铆接接头的剪切性能最佳,其平均峰值载荷为4.09 kN,与孔径为4.04 mm和压铆力为15 kN参数组合下成型的铆接接头相比,平均峰值载荷提升了约9.36%。增大孔径能够提高单铆搭接接头的剪切性能,但会减小孔周的纵向残余压应力分布区域,给铆接接头的疲劳寿命带来不利影响;适当增大压铆力不仅能扩大残余压应力分布区域,还能提高接头的剪切性能。

预制孔式无铆连接尺寸关系对铆接质量的影响研究

为了研究预制孔无铆连接的工艺参数对铆接质量的影响,设计了预制孔无铆连接模型,以板厚、冲头半径、预制孔半径、倒角尺寸等为变量,分析得到了无铆连接中一种变量组合对应的该种组合下预制孔尺寸的最佳取值。建立了预制孔无铆连接的有限元模型,通过DEFORM-2D软件模拟预制孔无铆连接过程,控制铆接成形后的铆接头底厚值为0.2 mm,在预制孔半径范围计算公式所确定的范围内选取预制孔最佳尺寸参数,研究了预制孔倒角尺寸对铆接头成形质量的影响。结果表明,预制孔的半径、倒角尺寸等直接影响铆接头质量,上、下板材厚度均为2 mm,预制孔半径选用4.01 mm,倒角尺寸为1.2×45°时,铆接质量最好;铆接速度影响铆接头的颈厚值,铆接速度越大,颈厚值越小。

基于机器视觉的铆接孔圆度误差评定方法

针对飞机铆接孔圆度误差评定的问题,提出了一种基于机器视觉的铆接孔圆度误差评定方法。该方法首先使用CCD工业相机获得铆接孔图像信息,其次对图像进行高斯滤波去噪处理,并采用拉普拉斯算子提取图像边缘信息,最后使用最小包容区域法对边缘图像进行圆度拟合以及误差评定。结果表明,该方法测得铆接孔圆度误差平均值为0.095,均方误差为0.09,圆度相对误差率为0.0026,为铆接孔圆度误差评定提供了一种可行的方法。

基于改进PSO-SVM的薄壁件铆接质量检测

针对传统铆接几何公差质量检测极易造成错检、漏检等问题,提出了基于改进PSO-SVM的铆接质量检测方法。采用惯性权重自适应调整的策略,并选择合适的学习因子,有效提高了检测准确性;针对小样本提出最小二乘SVM算法,提高计算速度获得最优解;利用改进PSO优化最小二乘SVM的惩罚因子参数值和核函数参数值。并以制孔和铆接后的6061铝合金板模拟飞机薄壁件铆接样本,使用搭配远心镜头的CCD相机采集图像并建立数据集,验证了方法的有效性。

基于脉冲涡流的多层金属铆接结构孔周裂纹缺陷检测仿真

脉冲涡流(PEC)检测技术由于其深层缺陷检测能力和高灵敏度等优点,被应用于多层铆接结构内部缺陷的检测中。为了研究PEC矩形传感器的尺寸参数对多层铆接结构孔周裂纹缺陷检测性能的影响,采用有限元仿真软件COMSOL构建PEC矩形传感器的三维仿真模型,根据PEC在多层铆接结构中的分布规律,通过数值仿真研究探头结构参数以及中心轴偏移量对检测效果的影响。仿真测试结果表明:矩形探头长宽高尺寸比例在1:1.25:1.25时检测灵敏度最高,适宜多层铆接结构的孔周裂纹检测。同时发现,为了保证足够的检测灵敏度,在垂直裂纹缺陷的方向上,偏移量应小于1 mm,在与缺陷平行且重合的方向上,偏移量应小于0.2 mm。该研究结果为多层金属铆接结构孔周裂纹检测传感器尺寸参数设计提供依据。

飞机谱载下铝合金锪窝孔结构腐蚀疲劳研究

通过战斗机谱载下7475-T761铝合金紧固孔试件空气与3.5％NaCl环境中的疲劳试验和断口分析,得到了相应结构疲劳全寿命和孔边角裂纹的裂纹长度-寿命数据.通过三维有限元分析得到了孔边角裂纹的应力强度因子.采用我们新近发展的三维疲劳寿命分析软件,基于材料裂纹扩展基准曲线和一组直通孔实验数据,对锪窝孔结构角裂纹的疲劳和腐蚀疲劳扩展寿命进行了预测.结果表明,提出的基于三维断裂力学的寿命预测方法和软件对复杂结构的全寿命有精确的预测能力,比传统的局部应变法优越,可适用于复杂环境下三维结构的疲劳寿命分析.

飞机蒙皮法线方向的视觉检测技术研究

为了实现飞机蒙皮上钻孔点位处的法线方向检测,从而为自动钻铆机器人提供刀具姿态调整的关键信息,本文基于结构光三维视觉测量原理,应用工业相机和十字线激光器等搭建了一套结构光视觉检测系统。通过工业相机获取十字线结构光在蒙皮上的投影光条来计算出蒙皮曲面的结构特征,并进一步解算出十字线结构光交点处的法线方向,从而获得蒙皮上钻孔点位处的法向信息。实验结果表明,该结构光视觉检测系统在多个钻孔点位处的角度单次测量极限误差≤±0.12°,具有良好的重复性精度,可以满足飞机蒙皮钻孔点位处的法向检测需求。同时,该系统具有体积小、重量轻和成本低等优点,可以作为传感器单元集成于自动钻孔机器人的末端执行器上以形成在线法向检测系统,从而辅助机器人完成刀具姿态的控制与调整,进而提高飞机蒙皮铆钉孔的制孔质量与效率。

飞机铆钉孔排布及孔边裂纹对2024-T3铝合金剩余强度的影响

基于数字图像相关技术,研究了老龄飞机机身外蒙皮含铆钉孔和裂纹的2024-T3铝合金板材剩余强度性能。首先,通过拉伸实验研究了铆钉孔行距和列距对剩余强度的影响;其次,预制了4类裂纹,模拟飞机蒙皮多部位损伤现象,分析了其方向变化对含交错孔试样剩余强度影响,并进一步对裂纹扩展路径进行了讨论;最后,对净截面屈服准则进行了修正。结果表明:剩余强度随着铆钉孔列距的增加而增大。当列距一定时,试样剩余强度随行距的增大而升高,当行距大于32 mm时,剩余强度出现下降趋势。修正后的净截面屈服准则可以较好地预测含多部位损伤交错孔结构的剩余强度值,预测误差在8%以内。

非金属实体保持架铆钉孔加工工艺研究

介绍了非金属实体保持架铆钉孔的加工难点,分析了现有铆钉孔加工方法的缺陷,设计了一个可在数控车床上加工铆钉孔的工装。使用该工装加工出的铆钉孔位置精度高,后期装配时不需要区分钻孔方向,铆钉孔轴线无偏斜,铆钉铆接后质量高,提高了工作效率和产品质量。

飞机数字化装配技术发展现状

近年来,随着飞机制造技术的不断发展,以数字化、柔性化为特征的飞机先进装配技术已成为航空制造企业的发展追求。基于数字量协调技术,已突破飞机制造过程中自动化的工艺规划、检测、定位、制孔和铆接等技术,实现了飞机制造的自动化装配。

飞机蒙皮铆钉孔的位置与法矢检测技术研究

在飞机蒙皮的自动铆接装配中,为将铆钉准确插入到相应的铆钉孔中,该文开展铆钉孔的位置与法矢检测技术研究。将单目视觉与十字线结构光投影相结合,研制一套十字线结构光视觉检测系统,并提出一种基于投影光条的位置与变化规律而获取铆钉孔空间方位的方法。由十字线激光器将十字线结构光投射于被测蒙皮表面并在其上形成投影光条,再通过摄像机采集其视野范围内的、同时包含有投影光条和铆钉孔的二维图像,而后经由系统标定和光条中心线提取来计算和表征出蒙皮曲面的成形轮廓和结构特征,并通过等效与叠加运算等获取到铆钉孔的孔心三维坐标与孔心法线方向。实验结果表明,该系统对于铆钉孔的坐标单次测量极限误差在±0.06 mm内,法矢方向的单次测量极限误差在±0.4°内,具有良好的重复性精度,可以满足蒙皮自动铆接过程中的插钉要求,从而为实现视觉伺服插钉功能提供检测技术支撑。

座舱玻璃钉孔裂纹图像测量

主要介绍了在战斗机座舱玻璃钉孔裂纹检测技术中,利用摄像头获取钉孔裂纹图像,通过图像测量和图像处理方法,实现裂纹图像的分割和检测,并通过计算得到裂纹的真实尺寸及相应角度参数。

飞机自动钻铆技术研究现状及其关键技术

飞机自动钻铆技术能够实现飞机机身、机翼等处壁板的自动钻铆装配,极大地提高飞机装配质量与装配效率。经过几十年的发展,自动钻铆技术在国外已广泛运用于航空航天制造领域,而国内在这一方面正处于起步阶段,技术水平普遍较低。为此调研国外先进自动钻铆技术的研究应用现状,以GEMCOR、Electroimpact、BROETJE三大国外自动钻铆设备供应商为代表,介绍各自技术特点及在自动钻铆技术方面最新的进展。同时,对国内自动钻铆技术的发展进行简要介绍,指出国内在这一技术发展中存在的问题。此外,对自动钻铆技术中包括高精度定位技术、制孔质量在线检测技术、自动送钉技术、离线编程与仿真技术在内的四大关键技术进行详细分析,总结其研究难点,为国内自动钻铆技术的发展提供参考。

5182铝合金易开盖拉环成形技术

在分析易开盖开启时受力的情况,以及易开盖对于不同包装物的工艺要求对拉环成形材料选择产生变化的基础上,设计出拉环的结构;选择有涂料的厚度为0.30 mm的5182-H19铝合金板材作为成形材料,设计成形工艺流程,指出成形过程的工艺难点。就成形过程及模具做了较详细介绍,并提出在铆钉区域压制一个深度为0.8 mm的凹盘以提高铆钉区域拉环强度。产品使用结果表明:该易开盖拉环成形材料选择及拉环结构设计、成形工艺设计是合理的,可供行业借鉴。

金属蒙皮破孔结构胶铆混合修理的疲劳性能研究

蒙皮破孔是最典型的飞机战伤形式之一,目前对其抢修的方式主要有纯铆接修理和纯胶接修理,在修复效果或修复时间上存在不足。提出利用胶铆混合方式进行蒙皮破孔修理,采用疲劳试验与有限元分析方法,针对带预置圆形破孔损伤的破孔件、铆接修理件、胶接修理件和胶铆混合修理件进行疲劳性能对比研究。结果表明:相比纯铆接和纯胶接修理方式,胶铆混合连接方式具有最佳的修理效果,混合连接中铆钉作用能有效提高胶层承载并抑制胶层剥离;胶铆混合修理方式与纯铆接相比疲劳性能更优,与纯胶接相比修理时间更短,在金属蒙皮破孔结构的战伤抢修工作中具有良好的应用前景。

单细节锪窝铆接结构疲劳特性有限元分析

锪窝铆接结构是航空工程中常用的一种连接形式,锪窝孔边常常会萌生疲劳裂纹,因此研究锪窝铆接结构的疲劳特性有着重要的工程意义。应用ABAQUS软件建立单细节锪窝铆接结构有限元模型,对其进行应力分析,给出铆钉干涉量与结构最大应力水平之间的关系。同时将应力分析结果导入到MSC.Fatigue中利用名义应力法计算得到模型的孔边细节疲劳寿命。通过计算不同干涉量下的结构疲劳寿命,研究干涉配合对锪窝铆接结构疲劳特性的影响规律,给出最佳干涉范围,对铆接结构耐久性分析具有重要的工程参考价值。

基于十字线结构光的铆钉孔定位技术研究

针对自动钻铆过程中的铆钉孔定位问题,应用工业级摄像机、镜头、十字线投射器和夹持工装等搭建了一套十字线结构光视觉传感器,并通过建立其单目成像模型和内外部参数标定,确立了十字投影光条上的采样点的二维图像坐标与其三维空间坐标之间的映射关系。在应用过程中,对于摄像机视野范围内的多个铆钉孔特征,提出了一种由被测铆钉孔孔心的等效投影点的空间坐标而合成出孔心空间坐标的方法,从而完成被测铆钉孔的定位任务,并进行了试验验证。试验结果表明,铆钉孔孔心坐标X_(W)、Y_(W)和Z_(W)的单次测量的极限误差均≤±0.06mm,因而该传感器在检测铆钉孔的位置方面所能达到的重复性精度水平可以满足使用要求。