航空發(fā)動機葉片是飛機動力系統(tǒng)的重要組成部件,葉片的加工質(zhì)量對飛機的性能和壽命影響很大。葉片零件曲面特征復雜,導致其加工和測量都很困難,目前大部分葉片仍以三坐標測量為主,三坐標測量機無法實現(xiàn)原位測量,測量效率低,工時成本高。為了提高葉片的加工質(zhì)量和加工效率,本文基于工業(yè)機器人技術,提出了一種葉片自動化“加工-測量”方案,重點針對葉片原位測量技術開展了研究。本文的主要研究工作如下:1.葉片原位測量系統(tǒng)構建。構建了一種葉片機器人自動化“加工-測量”方案,提出了一種基于力覺和視覺的光筆式原位測量方法,采用機器人夾持光筆在力控制下與葉片穩(wěn)定接觸,按照規(guī)劃的測量軌跡掃描葉片,同時通過雙目視覺系統(tǒng)實現(xiàn)非接觸式測量。該方法結合了接觸式測量的高精度和視覺測量的高效率,避免了傳統(tǒng)接觸式測量設備的運動誤差對測量精度的影響,能有效實現(xiàn)葉片原位測量。2.基于雙目視覺技術的光筆三維重建。建立了視覺成像模型,采用張氏標定法完成了雙目視覺系統(tǒng)的標定;通過圖像處理獲得了光筆上特征圓中心在左右圖像中的像素坐標,采用立體幾何法實現(xiàn)了光筆姿態(tài)的三維重建,運用最小二乘法完成了探針球心坐標的標定;在光筆式原位測量實驗平臺上進行了重復精度測量實驗,結果顯示重復測量誤差小于0.282mm,深度方向測量誤差比其他方向更大。3.葉片表面測量軌跡規(guī)劃。以葉片三維模型為基礎,根據(jù)葉片設計流程的逆過程對測量點進行了規(guī)劃,采用等截面法提取了葉片表面的輪廓曲線,將輪廓線的曲率信息融入到等步長采樣法中,提出了一種自適應采樣的方法,對葉片表面的測量點進行了規(guī)劃。根據(jù)測量路徑對機器人的運動軌跡進行了規(guī)劃,通過仿真驗證了機器人運動的穩(wěn)定性。4.接觸式測量順應控制。建立了機器人接觸式測量的力控制模型,采用阻抗控制器對機器人進行了順應控制。在正弦曲面上對機器人的力控制算法進行了仿真和實驗,結果表明控制器具有穩(wěn)定性,力跟蹤誤差小于±1N。在光筆式原位測量實驗平臺上開展了葉片測量實驗,驗證了方案的可行性,將測量結果與三坐標測量機進行了對比,結果顯示測量誤差小于0.4mm,測量誤差可能是由環(huán)境光照、相機分辨率、標定精度、圖像輪廓提取精度以及接觸力過大等因素綜合引起的。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP242;V263.1
【部分圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文根據(jù)實際接觸力與期望接觸力的誤差對磨拋機進行力控制，使砂穩(wěn)定在期望的數(shù)值，實現(xiàn)葉片的恒力磨拋。葉片磨拋完成后，CO磨拋后的葉片工裝移動到測量工位，并保持固定不動，由光筆式測量工作。筆式原位測量系統(tǒng)構成式原位測量系統(tǒng)由 UR5 機器人、接觸式探針、六維力傳感器、光統(tǒng)組成。如圖 2-2(a)所示，UR5 機器人具有輕巧、高度靈活性與工作半徑為 850mm，有效負載 5kg，重量僅 18.4kg，占地面積直徑為關節(jié)臂可在有效工作空間內(nèi)靈活運動，適用于各種復雜工況，能夠測量。

圖 2-4 光筆式原位測量實驗平臺位測量原理owxwywzwo0x0y0y1oRxyRzRo1x1z0z111(,)wwRT00(,)wwRT11(,)RRRT00(,)RRRT圖 2-5 光筆式原位測量系統(tǒng)原理圖位測量系統(tǒng)原理如圖 2-5 所示，為了獲得葉片表面目標世界坐標系w w w wo x y z、工件坐標系0 0 0 0o x y z、相機坐標

(a) 左相機采集的標定板圖像 (b) 右相機采集的標定板圖像圖 3-3 左右相機同步采集標定板圖像MATLAB Calibrator 工具會根據(jù)每幅標定圖像及最終標定結果計算重投影誤差，相機標定過程中由于標定板傾斜程度不同，光照、噪聲等因素的影響，部分標定圖像角點提取誤差較大，導致最終標定誤差較大，因此需要對標定結果進行重投影誤差分析，刪除誤差較大的標定圖像并重新計算標定結果。實驗中對標定結果進行了優(yōu)化，最終保留了 22 幅圖像用于確定相機的參數(shù)。

【參考文獻】

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本文編號：2820381