本技術(shù)涉及精密機械加工，尤其涉及一種薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾定位方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、在航空航天等領(lǐng)域中，薄壁結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用日益廣泛。薄壁結(jié)構(gòu)件是由薄板或者薄殼等組成的工件，比如，航空發(fā)動機中的渦輪葉片就是一種薄壁結(jié)構(gòu)件。

2、在生產(chǎn)出薄壁結(jié)構(gòu)件之后，經(jīng)常需要對薄壁結(jié)構(gòu)件進行磨削、鉆削或者拋光等加工處理。為了確保加工精度，在加工薄壁結(jié)構(gòu)件之前，需要對薄壁結(jié)構(gòu)件進行裝夾。但是，由于薄壁結(jié)構(gòu)件本身的制作過程較為復(fù)雜，使得生產(chǎn)出的薄壁結(jié)構(gòu)件經(jīng)常會出現(xiàn)尺寸誤差，而薄壁結(jié)構(gòu)件的尺寸偏差，會影響到裝夾精準(zhǔn)度，從而進一步影響到后續(xù)加工精準(zhǔn)度?；诖耍趯Ρ”诮Y(jié)構(gòu)進行裝夾之前，確定薄壁結(jié)構(gòu)件適合的裝夾特征是提高薄壁結(jié)構(gòu)加工精度的前提。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上問題，本技術(shù)提供了一種薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾定位方法和裝置，以在對薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾之前，能夠模擬出薄壁結(jié)構(gòu)件適合裝夾的位姿以及夾持所述薄壁結(jié)構(gòu)件的夾具上定位點適合調(diào)整的調(diào)整量。

2、基于此，一方面，本技術(shù)提供了一種薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾定位方法，包括：

3、基于薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件；

4、按照所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的裝夾后設(shè)計模型，調(diào)整所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件相對所述模擬夾具的相對位置，得到所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第一空間位姿；

5、按照設(shè)定的夾具夾緊約束條件、所述模擬夾具上多個定位點的初始位置和所述第一空間位姿，控制所述模擬夾具對所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件進行加緊，得到被夾緊后的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第二空間位姿；

6、基于設(shè)定的定位點調(diào)整約束條件、所述第二空間位姿和所述多個定位點的初始位置，在所述數(shù)字孿生場景中迭代調(diào)整所述模擬夾具上所述多個定位點的位置，直至滿足設(shè)定的裝夾優(yōu)化目標(biāo)，得到所述模擬夾具上各定位點適合的位置調(diào)整量以及所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件適合裝夾的目標(biāo)空間位姿。

7、在一種可能的實現(xiàn)方式中，在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件之前，還包括

8、將薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)與所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型進行配準(zhǔn)，得到配準(zhǔn)結(jié)果；

9、所述基于薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件，包括：

10、如果基于所述配準(zhǔn)結(jié)果確定出所述薄壁結(jié)構(gòu)件與所述設(shè)計模型的尺寸偏差超過設(shè)定閾值，基于所述薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件。

11、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述按照所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的裝夾后設(shè)計模型，調(diào)整所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件相對所述模擬夾具的相對位置，包括：

12、基于所述三維點云數(shù)據(jù)，按照設(shè)定的配準(zhǔn)優(yōu)化目標(biāo)對所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件與所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的裝夾后設(shè)計模型進行配準(zhǔn)，以調(diào)整所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件相對所述模擬夾具的相對位置，所述配準(zhǔn)優(yōu)化目標(biāo)為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件與所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的裝夾后設(shè)計模型的位姿最相似。

13、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，在所述在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件之前，還包括：

14、獲得薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)；

15、對所述三維點云數(shù)據(jù)進行降噪，并去除所述三維點云數(shù)據(jù)中不屬于所述薄壁結(jié)構(gòu)件的數(shù)據(jù)點。

16、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述夾具夾緊約束條件包括：

17、ln＝cnmncn-1mn-1…c1m1l0；

18、s′w＝lnsw；

19、

20、其中，l0為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件在處于第一空間位姿時的位置，ln為在所述模擬夾具的n個加緊部件對所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件進行加緊后，所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件所處的位置；mj和cj分別為在所述模擬夾具的第j個加緊部件對所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件加緊時，施加到所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件上的運動變量和運動約束，j為從1到n的自然數(shù)；

21、sw為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件處于第一空間位姿時的表面點集，s′w為被夾緊后的所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)的表面點集；

22、oi為第i個定位點對應(yīng)的約束半球空間的圓心或者定位柱的軸線，i∈1,2,…,m，m為所述模擬夾具上定位點的總數(shù)量；r為所述模擬夾具上任意一個定位點對應(yīng)的約束半球空間的半徑或者定位柱的軸向半徑。

23、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述基于設(shè)定的定位點調(diào)整約束條件、所述第二空間位姿和所述多個定位點的初始位置，在所述數(shù)字孿生場景中迭代調(diào)整所述模擬夾具上所述多個定位點的位置，直至滿足設(shè)定的裝夾優(yōu)化目標(biāo)，包括：

24、將所述第二空間位姿確定為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的當(dāng)前空間位姿；

25、基于設(shè)定的定位點調(diào)整約束條件中的定位點可調(diào)節(jié)范圍，確定各定位點當(dāng)前的位置調(diào)整量，所述定位點調(diào)整約束條件還包括：所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾后的位置約束條件；

26、基于各定位點的位置調(diào)整量、所述定位點的初始位置、所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的當(dāng)前空間位姿和所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾后的位置約束條件，在所述數(shù)字孿生場景中調(diào)整所述模擬夾具上各定位點的位置，并改變所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的空間位姿，得到所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件所處的第三空間位姿；

27、如果基于所述第三空間位姿和所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型確定尚未滿足設(shè)定的裝夾優(yōu)化目標(biāo)，將所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第三空間位姿作為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的當(dāng)前空間位姿，返回執(zhí)行所述確定各定位點當(dāng)前的位置調(diào)整量的操作，所述裝夾優(yōu)化目標(biāo)為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第三空間位姿與所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型之間的位姿差距最??；

28、如果基于所述第三空間位姿和所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型確定滿足所述裝夾優(yōu)化目標(biāo)，將所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第三空間位姿確定為所述薄壁結(jié)構(gòu)件適合裝夾的目標(biāo)空間位姿，將各定位點當(dāng)前的位置調(diào)整量確定為所述模擬夾具上各定位點適合的位置調(diào)整量。

29、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾后的位置約束條件，包括：

30、

31、其中，s1t為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件處于當(dāng)前空間位姿時的表面點集s1中第t個點的坐標(biāo)，s2為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件處于第三空間位姿時的表面點集；r1為設(shè)定的第一變換矩陣；qt為所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型對應(yīng)的表面點集q中第t個點的坐標(biāo)，g為設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣，t為薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型對應(yīng)的表面點集中的點的總數(shù)量；

32、其中，oi′為第i個定位點在位置調(diào)整后對應(yīng)的約束半球空間的圓心或者定位柱的軸線，i∈1,2,…,m，m為所述模擬夾具上定位點的總數(shù)量；r為所述模擬夾具上任意一個定位點對應(yīng)的約束半球空間的半徑或者定位柱的軸向半徑。

33、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述裝夾優(yōu)化目標(biāo)為位姿差距f最?。?/p>

34、其中，

35、其中，qt為所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型對應(yīng)的表面點集q中第t個點的坐標(biāo)，r1為設(shè)定的第一變換矩陣，v1為設(shè)定的第二變換矩陣，s2t為所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件處于第三空間位姿時的表面點集中第t個點的坐標(biāo)。

36、又一方面，本技術(shù)還提供了一種薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾定位裝置，包括：

37、孿生創(chuàng)建單元，用于基于薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件；

38、調(diào)整模擬單元，用于按照所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的裝夾后設(shè)計模型，調(diào)整所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件相對所述模擬夾具的相對位置，得到所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第一空間位姿；

39、加緊模擬單元，用于按照設(shè)定的夾具夾緊約束條件、所述模擬夾具上多個定位點的初始位置和所述第一空間位姿，控制所述模擬夾具對所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件進行加緊，得到被夾緊后的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的第二空間位姿；

40、定位模擬單元，用于基于設(shè)定的定位點調(diào)整約束條件、所述第二空間位姿和所述多個定位點的初始位置，在所述數(shù)字孿生場景中迭代調(diào)整所述模擬夾具上所述多個定位點的位置，直至滿足設(shè)定的裝夾優(yōu)化目標(biāo)，得到所述模擬夾具上各定位點適合的位置調(diào)整量以及所述模擬薄壁結(jié)構(gòu)件適合裝夾的目標(biāo)空間位姿。

41、在又一種可能的實現(xiàn)方式中，該裝置還包括

42、初步配準(zhǔn)單元，用于在所述孿生創(chuàng)建單元在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件之前，將薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)與所述薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計模型進行配準(zhǔn)，得到配準(zhǔn)結(jié)果；

43、所述孿生創(chuàng)建單元具體為，用于如果基于所述配準(zhǔn)結(jié)果確定出所述薄壁結(jié)構(gòu)件與所述設(shè)計模型的尺寸偏差超過設(shè)定閾值，基于所述薄壁結(jié)構(gòu)件的三維點云數(shù)據(jù)，在數(shù)字孿生場景內(nèi)的模擬夾具對應(yīng)的夾持空間內(nèi)創(chuàng)建所述薄壁結(jié)構(gòu)件對應(yīng)的模擬薄壁結(jié)構(gòu)件。

44、可見，本技術(shù)可以利用數(shù)字孿生技術(shù)將待裝夾的薄壁結(jié)構(gòu)件映射為數(shù)字孿生場景中模擬薄壁結(jié)構(gòu)件，通過控制數(shù)字孿生場景中模擬夾具對模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的加緊來模擬薄壁結(jié)構(gòu)件的裝夾，并通過調(diào)整模擬夾具上定位點的位置來模擬出薄壁結(jié)構(gòu)件適合裝夾的空間位姿以及夾持該薄壁結(jié)構(gòu)件的夾具上定位點適合調(diào)整的位置調(diào)整量，從而為薄壁結(jié)構(gòu)件裝夾提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，有利于減少由于薄壁結(jié)構(gòu)件的尺寸偏差而對裝夾精準(zhǔn)度的影響。