基于激光扫描的结构件测量轨迹规划技术研究

论文摘要

传统的模拟量检测手段已无法满足飞机数字化制造的需求,近年来国内飞机制造企业引进了多种的数字化测量设备,数字化测量设备被广泛应用于飞机结构件的外形数据检测和空间位姿测量。将数字化测量设备安装在机器人末端,实现对飞机结构件的自动化扫描测量是飞机数字化测量的必然趋势。扫描路径规划是实现自动化扫描的关键步骤,合理的扫描路径能有效地提高扫描质量和效率。本文针对飞机结构件的外形数据测量需求,将激光扫描仪安装在机器人末端组成机器人扫描系统,并提出了一种以提高测量精度为目标的轨迹规划和优化方法。本文主要研究内容如下:(1)设计了飞机结构件自动化测量方案。首先分析了飞机结构件的特点及其外形测量需求,根据测量需求选择测量设备和载体,构建了机器人扫描系统;接着介绍了扫描系统的各个组成部分,包括工业机器人系统、激光跟踪仪系统、激光扫描仪、夹持与触发机构和扫描控制软件;最后介绍测量过程中的坐标统一方法和系统工作流程。(2)建立了激光扫描仪测量系统误差预测模型。经过对激光扫描仪测量误差的分析,激光扫描仪测量数据中的系统误差受到扫描参数影响,因此通过实验研究激光扫描仪系统误差的变化规律,实验结果表明激光扫描仪系统误差与面内角和面外角呈双线性关系,以实验结果为基础建立了系统误差预测模型。(3)提出了一种轨迹规划和优化方法。首先生成初始轨迹,对CATIA进行二次开发,提高了轨迹生成的效率;接着使用粒子群算法和系统误差预测模型对曲面扫描轨迹进行优化,获得满足扫描约束且系统误差最低的扫描轨迹;最后针对总体的特征扫描顺序问题,提出了一种改进的Hopfield神经网络优化方法,生成时间最短的特征扫描顺序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 注释表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究应用现状
•     1.2.1 机器人在航空制造中的应用
•     1.2.2 航空制造中的大尺寸数字化测量技术
•     1.2.3 自动扫描系统轨迹规划研究现状
•   1.3 论文研究内容及结构
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 论文章节安排
• 第二章 飞机结构件自动化测量方案
•   2.1 飞机结构件测量需求分析
•   2.2 机器人扫描系统硬件组成
•     2.2.1 工业机器人
•     2.2.2 激光跟踪仪
•     2.2.3 激光扫描仪
•     2.2.4 T-Scan夹持与触发机构
•   2.3 机器人扫描系统控制软件架构
•     2.3.1 开发环境
•     2.3.2 功能需求
•     2.3.3 软件模块
•   2.4 坐标基准和测量流程
•     2.4.1 坐标系统一
•     2.4.2 系统工作流程
•   2.5 本章小结
• 第三章 激光扫描仪测量误差分析与建模
•   3.1 引言
•   3.2 测量误差基本理论
•   3.3 激光扫描仪测量误差分析
•   3.4 激光扫描仪测量误差实验
•     3.4.1 实验装置
•     3.4.2 实验方法
•     3.4.3 实验数据处理
•     3.4.4 实验结果与分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 机器人扫描轨迹规划
•   4.1 引言
•   4.2 初始轨迹生成
•   4.3 基于粒子群算法的曲面扫描轨迹规划
•     4.3.1 轨迹优化问题数学模型
•     4.3.2 粒子群优化算法原理
•     4.3.3 算法验证
•   4.4 基于Hopfield神经网络的总体轨迹规划
•     4.4.1 TSP问题与Hopfield神经网络算法介绍
•     4.4.2 总体轨迹规划问题求解
•     4.4.3 算法验证
•   4.5 本章小结
• 第五章 实验验证
•   5.1 轨迹规划
•   5.2 测量实施
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林晶

导师: 李泷杲,闫涛

关键词: 激光扫描仪,工业机器人,轨迹规划,轨迹优化,误差分析,预测模型,粒子群算法

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,航空航天科学与工程,无线电电子学

单位: 南京航空航天大学

分类号: V262;TN249

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000999

总页数: 88

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