【摘要】：隨著“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、“工業(yè)4.0”、“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”、“中國制造2025”的大熱,制造業(yè)的發(fā)展方向以全球性、信息性、專業(yè)性、綠色性、服務(wù)性為特點(diǎn),面對(duì)其產(chǎn)品的制造周期長(zhǎng)、質(zhì)量與效率不易管理和控制、頻繁變化的工作對(duì)象,需要人工參與高柔性、小批量和定制化的裝配生產(chǎn)過程。智能激光3D投影技術(shù)可用于指引自動(dòng)放樣、引導(dǎo)部件精密定位、輔助形位公差快速檢查、測(cè)量數(shù)據(jù)誤差可視化與現(xiàn)場(chǎng)虛擬裝配驗(yàn)證,輔助指引工人完成相關(guān)裝配工作及檢測(cè)。本文搭建了智能激光3D投影系統(tǒng),對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行不確定度分析,并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)可視化評(píng)價(jià)。論文完成的主要工作有:1)研究了智能激光3D投影系統(tǒng)工作原理。建立激光投影定位模型、激光跟蹤定位模型及智能激光3D投影定位模型,為搭建智能激光3D投影系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。2)構(gòu)建了智能激光3D投影系統(tǒng)的理論方法。建立了智能激光3D投影系統(tǒng)三坐標(biāo)觀測(cè)值求解模型,分別基于牛頓迭代法、列文伯格-馬夸爾特算法和雜交粒子群算法對(duì)系統(tǒng)觀測(cè)值進(jìn)行求解;建立了智能激光3D投影系統(tǒng)光學(xué)中心參數(shù)標(biāo)定模型,分別利用四元數(shù)法、羅德里格矩陣法和奇異值分解法求解系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)。構(gòu)建了標(biāo)定的誤差評(píng)價(jià)模型,用以評(píng)價(jià)系統(tǒng)標(biāo)定及投影精度,對(duì)觀測(cè)值求解模型和標(biāo)定模型進(jìn)行仿真分析,結(jié)果顯示,雜交粒子群算法求解觀測(cè)值配合四元數(shù)法求解標(biāo)定參數(shù)的標(biāo)定結(jié)果較牛頓迭代法配合四元數(shù)法求解標(biāo)定參數(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí),為智能激光3D投影系統(tǒng)的1:1高精度投影提供理論基礎(chǔ)。3)建立了光學(xué)中心參數(shù)自動(dòng)標(biāo)定技術(shù)。為了避免粗大誤差以及減小隨機(jī)誤差的產(chǎn)生,采用多站位數(shù)據(jù)采集,并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差和融合,優(yōu)化光學(xué)中心參數(shù),并將系統(tǒng)觀測(cè)值求解模型、光學(xué)中心參數(shù)標(biāo)定模型和標(biāo)定誤差評(píng)價(jià)模型以及多站平差技術(shù)融于標(biāo)定軟件中,使智能激光3D投影系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。4)提出了基于不確定模型的投影空間定位精度及網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化技術(shù)。深入研究了智能激光3D投影空間定位精度,形成智能激光3D投影系統(tǒng)不確定度模型,建立智能激光3D投影網(wǎng)絡(luò)布局及優(yōu)化方法,分析全部投影定位點(diǎn)的不確定度,形成投影區(qū)域內(nèi)三維彩色不確定度分布圖,為智能激光3D投影系統(tǒng)可視化提供理論基礎(chǔ)。5)搭建了投影定位可視化預(yù)評(píng)估系統(tǒng)�；诓淮_定度模型的智能激光3D投影空間定位精度評(píng)估方法和測(cè)量網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)投影定位可達(dá)性分析及精度可視化評(píng)價(jià)。以曲面上零部件投影定位裝配為例,根據(jù)已有的投影定位裝配方案對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化配置,對(duì)投影定位裝配系統(tǒng)進(jìn)行可達(dá)性分析和可視化評(píng)價(jià),依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行布局優(yōu)化,提升該系統(tǒng)的整體定位精度,為智能裝配建立了可靠的預(yù)評(píng)估手段。6)對(duì)智能激光3D投影系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)�；诶碚撛O(shè)計(jì)或?qū)嶋H逆向的三維模型,在精密數(shù)字化測(cè)量的基礎(chǔ)上,以激光投影的方式完成三維空間內(nèi)的位置投影,當(dāng)投影系統(tǒng)或被測(cè)部件移動(dòng)或漂移時(shí),智能化識(shí)別、解算、補(bǔ)償相對(duì)位移量,保證實(shí)時(shí)、精確投影至正確位置,有序的指引人工操作。對(duì)光線寬度、定位準(zhǔn)確度、形狀準(zhǔn)確度及位置補(bǔ)償準(zhǔn)確度四種指標(biāo)進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn),對(duì)該系統(tǒng)的工作精度進(jìn)行標(biāo)定和評(píng)估,系統(tǒng)定位精度優(yōu)于0.3mm。實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)跟蹤、自適應(yīng)補(bǔ)償、高精度定位、自動(dòng)標(biāo)定、可視化智能評(píng)估等功能。
【圖文】：

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.3.1 數(shù)字化測(cè)量及裝配技術(shù)（1）國外研究現(xiàn)狀數(shù)字化測(cè)量技術(shù)為部件的精確裝配提供了基礎(chǔ)技術(shù)保障[43]，，就飛機(jī)裝配而進(jìn)飛機(jī)制造公司已經(jīng)開始大規(guī)模將數(shù)字化測(cè)量技術(shù)引入飛機(jī)裝配中，波音PS 測(cè)量系統(tǒng)對(duì)機(jī)頭 機(jī)身 機(jī)翼等部件進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量[44]，與 AIT 公司技術(shù)公司）聯(lián)合開發(fā)了自動(dòng)化定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛機(jī)部件的自動(dòng)定位 自動(dòng)裝配[45]，如圖 1.1 在 X-32 X-45 型飛機(jī)制造工程中，波音公司利用蹤儀測(cè)量裝配部件和支撐工裝，有效提升了裝配效率[46]

和方法的研究 空航天大學(xué)研究了飛機(jī)裝配工藝過程仿真[50-52] 裝配型架的數(shù)配工裝等技術(shù)，并且研發(fā)了用于飛機(jī)裝配型架的 cad 系統(tǒng)[56]，型架和量規(guī)的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用 還與沈飛合作設(shè)計(jì)了利用激光跟字化測(cè)量的方式，實(shí)現(xiàn)了某型飛機(jī)大部件的數(shù)字化裝配[57-58] 大學(xué)針對(duì)飛機(jī)裝配容差分配和優(yōu)化方法 飛機(jī)裝配協(xié)調(diào)方法進(jìn)序列的規(guī)劃和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了探討[59-61] 飛公司自行設(shè)計(jì)和研制的大飛機(jī) C919，在大部件對(duì)接過程中摒方式，轉(zhuǎn)而采用了先進(jìn)的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)及自動(dòng)化生產(chǎn)線，大大保誤差控制在毫米以內(nèi) 圖 1.3 和圖 1.4 展示了 C919 機(jī)身段和
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2706819