一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置的制作方法

1.本申请涉及视觉测量技术领域，尤其涉及一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置。


背景技术：

2.航空领域中，飞机蒙皮是包围在飞机骨架结构之外的维形构件，主要分布于机身、机头、机翼和尾翼等部位，用于构成飞机的流线型气动外形，并且将所承受的气动载荷和作用力等传递到与其相连的机身、机翼骨架上。当前，随着飞机的飞行速度、飞行高度与自身重量的增加，蒙皮材料主要采用了高强度铝、镁合金，而某些高性能飞机的蒙皮类零件则由钛合金或者复合材料来制造。在飞机蒙皮的装配过程中，这些材料的焊接工艺非常复杂且性能不稳定、维修不方便，因而蒙皮类零件大多采用铆接方式进行连接和固定。
3.铆接，即铆钉连接，是利用轴向力将铆钉孔内的钉杆墩粗并形成钉头，从而使多个零件相连接的方法。一般说来，影响铆接质量的因素主要有两个，即钻孔（制孔）和施铆。在钻孔过程中，钻孔轴线与蒙皮表面的垂直度是影响钻孔质量的重要因素之一，因而在理想情况下，要求钻孔轴线能够与蒙皮表面钻孔点位处的法向矢量重合。这项因素不仅会改变待加工孔的直径与方位，还会影响到后续的铆接质量，由此导致的连接不可靠将会给飞机的安全性能带来很大的不利影响。同时，由于飞机蒙皮属于薄壁、板壳类零件，具有质量轻、刚度低和挠度大等特点，因而在钻孔或施铆过程中极易出现局部变形、精度超差等问题，由此带来钻孔点位附近蒙皮曲率的变化，进而影响到该点位处的法线方向，给铆接过程带来不利影响。
4.因此，为了确保铆接质量和连接强度，必须在钻孔之前使钻孔刀具的轴线方向调整到与蒙皮表面垂直的方位，即将钻孔刀具的轴线方向与钻孔点位处的法线方向之间的夹角控制在所要求的范围内，这就需要在机器人自动钻铆系统的末端执行器上集成有具有蒙皮法线方向检测功能的传感器装置，从而将蒙皮上钻孔点位处的法向信息反馈给机器人自动钻铆系统以进行刀具的姿态调整，最终使钻孔刀具的轴线与钻孔点位处的法线相互重合，而这也成为自动钻铆技术中的关键环节。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的问题，本申请实施例示出一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置。
6.本申请实施例示出一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置，包括：
7.相机；
8.镜头，所述镜头设置于所述相机上；
9.滤光片，所述滤光片设置于所述镜头的前端；
10.连接件，所述连接件设置于所述相机的底端，用于承载所述相机；
11.激光器夹持器，所述激光器夹持器设置于所述连接件的底端，所述激光器夹持器
与所述连接件的底端可移动式连接；
12.十字线激光器，所述十字线激光器通过所述激光器夹持器固定，所述十字线激光器发出的十字线激光的发射方向与所述相机的拍摄方向匹配。
13.可选择的，所述连接件包括：
14.第一连接部，所述第一连接部用于承载所述相机；
15.第二连接部，所述第二连接部的顶端与所述第一连接部底面中心轴连接，组合成t型结构；所述第二连接部的底端与所述激光器夹持器可移动式连接。
16.可选择的，所述第二连接部的底端包括：
17.容纳部，所述容纳部用于收容所述激光器夹持器一端的第一凸起部；
18.第二凸起部，所述凸起部和所述容纳部并排设置，当所述第一凸起部伸入所述容纳部时，所述第一凸起部与所述第二凸起部平行；
19.调整螺栓，所述调整螺栓贯穿所述第一凸起部的通孔和第二凸起部的通孔。
20.可选择的，所述第一凸起部的自由端为圆弧状。
21.可选择的，所述第二凸起部的自由端为圆弧状。
22.可选择的，所述激光器夹持器设置有用于容纳所述十字线激光器的加紧孔，所述加紧孔在垂直于所述第一凸起部的方向上贯穿所述激光器夹持器。
23.可选择的，还包括：
24.相机夹具，所述相机夹具设置于所述第一连接部的顶端，用于固定所述相机。
25.本申请实施例示出一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置，包括：相机；镜头，所述镜头设置于所述相机的前端；滤光片，所述滤光片设置于所述镜头的前端；连接件，所述连接件设置于所述相机的底端，用于承载所述相机；激光器夹持器，所述激光器夹持器设置于所述连接件的底端，所述激光器夹持器与所述连接件的底端可移动式连接；十字线激光器，所述十字线激光器通过所述激光器夹持器固定，所述十字线激光器发出的十字线激光的发射方向与所述相机的拍摄方向匹配。本申请示出的检测装置，十字线激光器可以发出十字投影光条特征，所述十字投影光条特征可以投射在飞机蒙皮表面；相机采集到叠加了十字投影光条特征的飞机蒙皮的图像，并传输到上位机中进行处理。十字投影光条特征，可以辅助相机完成飞机蒙皮钻孔点位处的法向矢量的检测，从而获得准确的蒙皮上钻孔点位处的法线方向矢量信息。
附图说明
26.为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本实用新型的提供一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置的结构示意图；
28.图2为本实用新型的应用场景的示意图；
29.图3为本实用新型的钻孔点位法向矢量的计算示意图。
30.图4为本实用新型的连接件的结构示意图；
31.图5为本实用新型的激光器夹持器的结构示意图；
32.图中：1
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相机，2
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镜头，3
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相机夹具，4
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连接件，41
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第一连接部，411
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通孔，42
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第二连接部，421
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容纳部，422
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第二凸起部，4221
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通孔，5
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调整螺栓，6
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十字线激光器，7
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激光器夹持器，71
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第一凸起部， 711
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通孔，72
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加紧孔，8
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十字线激光，9
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十字投影光条特征，10
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飞机蒙皮，11
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滤光片。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
34.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
35.本申请实施例示出一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置，具体的可以参图1，图1为本实用新型的提供一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置的结构示意图；检测装置包括：
36.相机1；镜头2，所述镜头2设置于所述相机1的前端；滤光片11，所述滤光片11设置于所述镜头2的前端；连接件4，所述连接件4设置于所述相机1的底端，用于承载所述相机1；激光器夹持器7，所述激光器夹持器7设置于所述连接件4的底端，所述激光器夹持器7与所述连接件4的底端可移动式连接；十字线激光器6，所述十字线激光器6通过所述激光器夹持器7固定，所述十字线激光器6发出的十字线激光的发射方向与所述相机的拍摄方向匹配。
37.本申请实施例示出检测装置检测过程可以参阅图2和图3，十字线激光器6将十字线激光8投射于飞机蒙皮10表面，在飞机蒙皮10的表面形状和轮廓所调质的十字投影光条特征9，并将十字投影光条特征9的交点对准飞机蒙皮10上的钻孔点位。由相机1采集到叠加了十字投影光条特征9的飞机蒙皮10的图像，并传输到上位机中进行处理，而后通过图像处理分别解算出十字投影光条特征9上的采样点的精确空间三维坐标。由这些空间三维坐标分别对十字投影光条特征9进行二次多项式拟合，得到十字投影光条特征9中每条特征的空间曲线方程。而后求取这十字投影光条特征9的交点坐标，再分别计算出这十字投影光条特征9在该交点处的切线方向矢量和，最后通过对和进行矢量叉积即可求取交点处的法线方向矢量。由于十字投影光条特征9的交点与飞机蒙皮10上的钻孔点位重合，因而法线方向矢量就是该钻孔点位处的法向矢量，从而通过钻孔点位附近的蒙皮轮廓特征获取了该点位处的法线方向矢量信息。
38.可选择的，请参阅图4在一可行性实施例中所述连接件4包括：第一连接部41，所述第一连接部41用于承载所述相机1；第二连接部42，所述第二连接部42的顶端与所述第一连接部41底面中心轴连接，组合成t型结构；所述第二连接部42的底端与所述激光器夹持器7可移动式连接。
39.可选择的，请继续参阅图1，在一可行性实施例中所述检测装置还包括：相机夹具3，所述相机夹具3设置于所述第一连接部41的顶端，用于固定所述相机1，以达到相机1固定的目的。
40.具体的，第一连接部41开设有通孔411，相机夹具3在于所述通孔411相对应的位置设置有螺纹槽（图中未示出），以使得固定组件可以穿过所述通孔411与所述螺纹槽的螺纹连接，所述固定组件可以是螺栓。
41.可选择的，在一可行性实施例中所述第二连接部42的底端包括：容纳部421，所述容纳部421用于收容所述激光器夹持器7一端的第一凸起部71；第二凸起部422，所述凸起部422和所述容纳部421并排设置，当所述第一凸起部71伸入所述容纳部421时，所述第一凸起部71与所述第二凸起部411平行；所述调整螺栓5贯穿所述第一凸起部的通孔711和第二凸起部的通孔4221，而将连接件4和激光器夹持器7连接在一起。
42.可选择的，请参阅图5，在一可行性实施例中所述第一凸起部71的自由端为圆弧状，以减小连接件4和激光器夹持器7相互移动过程中的摩擦力。
43.可选择的，请参阅图4，在一可行性实施例中所述第二凸起部422的自由端为圆弧状，以减小连接件4和激光器夹持器7相互移动过程中的摩擦力。
44.可选择的，请继续参阅图5，所述激光器夹持器7设置有用于容纳所述十字线激光器6的加紧孔72，所述加紧孔72在垂直于所述第一凸起部71的方向上贯穿所述激光器夹持器7。加紧孔72两侧设置有两个凹槽，其中一个凹槽贯穿所述激光器夹持器7。
45.本申请实施例示出一种用于飞机蒙皮钻孔点位法向矢量的检测装置，包括：相机；镜头，镜头设置于所述相机的前端；滤光片，滤光片设置于所述镜头的前端；连接件，所述连接件设置于所述相机的底端，用于承载所述相机；激光器夹持器，所述激光器夹持器设置于所述连接件的底端，所述激光器夹持器与所述连接件的底端可移动式连接；十字线激光器，所述十字线激光器通过所述激光器夹持器固定，所述十字线激光器发出的十字线激光的发射方向与所述相机的拍摄方向匹配。本申请示出的检测装置，十字线激光器可以发出十字投影光条特征，所述十字投影光条特征可以投射在飞机蒙皮表面；相机采集到叠加了十字投影光条特征的飞机蒙皮的图像，并传输到上位机中进行处理。十字投影光条特征，可以辅助相机完成飞机蒙皮钻孔点位处的法向矢量的检测，从而获得准确的蒙皮上钻孔点位处的法线方向矢量信息。
46.为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。