(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211244666.2 (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 陈涛　王宇轩　刘旺旺　王占香　 郭波　 (51)Int.Cl. G01D 18/00(2006.01) G01B 11/00(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台 和调整方法 (57)摘要 本发明涉及自动化智能制孔系统精度增强 领域， 特别涉及一种面向孔位补偿与姿态检测的 实验平台和调整方法。 本发明的目的是通过搭建 实验平台， 分解制孔系统加工步骤对 试验补偿方 法进行验证。 所述实验平台分别建立对应的模型 以及系统仿真工作站。 调整 方法通过求解孔位转 换模型， 以RANSAC算法和Grubbs统计法剔除离群 值， 对孔位理论数模进行修正； 通过矢量法求解 孔位表面空间姿态方向， 以欧拉角矩阵分解实现 姿态修正， 最终在仿真平台中做定量和定性评 估。 本发明可以规避掉误差累积等原因产生的不 必要误差， 并保留了工件装夹等必要误差源， 可 以直接对离线程序进行更新， 制孔误差的补偿精 度经过验证满足要求， 在自动化智能制孔系统精 度增强领域有着重要意 义。 权利要求书2页 说明书10页 附图2页 CN 115493635 A 2022.12.20 CN 115493635 A 1.一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台和调整方法， 其特征在于， 其主体由支撑 脚(1)、 底部工作台(2)、 直角连接板(3)、 Y轴导轨(8)及Y轴 辅助导轨(9)组成； 在此基础上， 所述的一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台， 分别涉及一种面向平面工件进 行孔位补 偿的实验平台和面向曲面工件进行姿态检测的实验平台； 所述的面向平面工件进行孔位补偿的实验平台， 其特征在于： 包括实验平台主体、 孔位 检测模块、 孔位补偿模块。 所述的孔位检测模块， 包括视觉检测单元(5)、 视觉安装板(6)， 用 来获取孔位的实际坐标； 所述的孔位补偿模块， 包括平面实验工件(4)、 Z轴 导轨(7)、 X轴导 轨(10)， Z轴导轨(7)的末端可安装负载。 实验平台具有X、 Y、 Z三个方向移动的自由度， 用来 等效制孔设备在孔位补偿过程中不同孔之 间的顺序运动， 通过处理孔位理论数模和实际坐 标， 用转换矩阵对理论数模进行修 正， 实现对孔 位的补偿。 所述的面向曲面工件进行姿态检测的实验平台， 包括实验平台主体和法向检测模块。 所述的法向检测模块， 包括曲面实验工件(11)、 触台(12)、 活动关节(13)、 信号接收板(14)、 距离检测单元(15)、 压紧座(16)， 通过法向检测模块前端的触台(12)与曲面实验工件(11) 接触， 信号接收板(14)会自适应做出角度调整， 三个距离检测单元(15)采集到的数据经过 上位机软件内处 理可以得到法向偏转角， 实现姿态检测的验证。 2.根据权利要求1所述的一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台和调整方法， 其特 征在于面向平面工件进行孔 位补偿的方法， 包括以下步骤： S1： 调试导轨运动使所述的视觉检测单元(5)具有最佳视野范围， 每间隔两个孔选取一 个作为实验孔， 在进行制孔位置误差补偿试验时， 在N个孔中任选其中的三个孔作为基准 孔， 其余(N ‑3)个孔作为验证孔， 利用基准孔计算实际坐标和理论数模之间的转换模型， 利 用余下的(N ‑3)个孔对所述的转换模型进行验证； S2： 构建基准孔实际坐标和理论数模的转换模型， 依据所述的转换模型对所述的面向 飞机翼盒的孔位补偿系统仿真工作站中的预制孔理论值进行修正， 由上述步骤S1可知， 选 取N个实验孔并标号， 通过孔位补偿的平台孪生模 型导出MFG文件， 其中包含有N个实验孔在 世界坐标系下的理论数模， 将N个实验孔的理论 坐标记录在集 合TE； S3： 相对地， 通过搭建的面向平面工件进行孔位补偿的实验平台， 可以获取N个实验孔 在世界坐标系下的实际坐标； S4： 由上述步骤S1知， 基准孔实际坐标和理论数模的转换模型共有 种， 任选其中的三 个孔作为基准孔， 其余(N ‑3)个孔作为验证孔， 求解基准孔的实际坐标和理论数模之间的转 换模型P； S5： 根据上述步骤S4求得的所述的转换矩阵P， 利用余下的(N ‑3)个孔对所述的转换模 型进行验证， 并进行两个层面的精度判别； S6： 对RT和RB两个孔集合取交集， 并运用交集后的集合R重新计算最终转换模型T， 由所 述的面向飞机翼盒的孔位补偿系统仿真工作站 导出离线程序， 所述的离线程序中包含预制 孔理论数模， 根据所述的最终转换模型T对所述的预制孔理论数模进行补偿。 3.根据权利要求2所述的一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台和调整方法， 其特 征在于面向平面工件进行孔位补偿的方法中的步骤S4所述的求解基准孔的实际坐标和理 论数模之间的转换模型 方法， 具体步骤为： SX1： 求基准 孔理论坐标集合PA和基准孔实际坐标集 合PB这两个数据集的质心CA、 CB；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115493635 A 2SX2： 将所述的两个数据集平移到同一个坐标系的原点， 然后根据奇异值分解求最优旋 转矩阵R和平 移矩阵T， 由旋转矩阵R和平 移矩阵T构造出转换矩阵P。 4.根据权利要求2所述的一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台和调整方法， 其特 征在于面向平面工件进行孔位补偿的方法中的步骤S5所述的对转换模型进行两个层面的 精度判别方法， 具体步骤为： SY1： 若该组超差的验证孔数量小于 3， 则较大误差来源于验证孔本身， 通过RANSAC算法比较验证孔实际坐标和理论坐标的偏差， 超出阈值的部分孔作 为外点 被剔除， 在阈值范围内的孔作为内点并保存到集 合RT中； SY2： 若该组超差的验证孔数量不小于3， 则较大误差来源于构建所述的转换矩阵P的三 个基准孔； 通过Grubbs统计法， 根据基准孔的影响因子大小来检测离群值， 剔除影响因子最大的 基准孔并将剩余基准 孔保存到集 合RB。 5.根据权利要求1所述的一种面向孔位补偿与姿态检测的实验平台和调整方法， 其特 征在于面向曲面工件进行姿态检测的方法， 包括以下步骤： R1： 驱动所述的压紧座(16)做进给运动， 至所述的触台(12)压紧所述的曲面实验工件 (11)， 所述的信号接收板(14)会自适应进行角度调整， 此时通过所述的三个距离检测单元 (15)可以检测出三个距离不同的位移值h1、 h2、 h3； R2： 根据本发明提出的矢量法进行法向偏转角 θ 的求解， 结合法向检测前的姿态理论值 与姿态修 正模型， 重复上述 步骤R1、 步骤R2， 直至角度误差落于误差允许 范围内； R3： 根据机器人逆向运动学分解原理将法向偏转角 θ等效分解为绕着两个正交坐标轴 旋转的角度α 和γ； R4： 利用上述步骤R3获得的正交旋转角度α和γ对法向检测系 统中的预制孔法向检测 前的姿态理论数模进行修 正。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115493635 A 3