(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 202210747324.6 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 沈阳航远航空技 术有限公司 地址 110135 辽宁省沈阳市沈北新区沈北 路76-2号 (72)发明人 纪俐　王明海　郑耀辉　刘红军　 王学智　李正强　孔宪俊　侯宁　 李文强　王启家　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李在川 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06T 7/00(2017.01)G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/04(2012.01) (54)发明名称 面向飞机蒙皮肋板盲制孔数字孪生系统及 方法 (57)摘要 本发明提供一种面向飞机蒙皮肋板盲制孔 数字孪生系统及方法， 所述系统包括数字孪生虚 拟模型生成单元、 仿真分析单元、 定位单元、 运动 控制单元、 运动数据采集单元、 锪窝制孔单元、 辅 助单元、 机器视觉质量检测单元、 智能优化单元、 故障管理单元、 可视化单元； 构建与物理实体相 应的数字孪生虚拟模型， 利用磁涡流传感器定位 放置在肋板中心定位孔的磁芯位置， 通过对数字 孪生虚拟模型的仿真加工获取飞机蒙皮制孔工 艺参数， 将拟合的工艺参数、 物理设备的历史运 行数据和孔的质量数据数相统一， 建立合理的工 艺流程， 驱动机器人进行下一次钻孔锪窝的盲制 孔加工， 机器视觉技术判断制孔质量， 利用智能 优化获得代制孔的最佳工艺 参数。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115062483 A 2022.09.16 CN 115062483 A 1.一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生系统， 其特征在于， 包括： 数字孪生虚拟模型 生成单元、 仿真分析单元、 定位单元、 运动控制单元、 运动数据采集单元、 锪窝制孔单元、 辅 助单元、 机器视 觉质量检测单 元、 智能优化单 元、 故障管理单 元、 可视化单 元； 所述数字 孪生虚拟模型生成单 元， 用于生成与物理实体相应的数字 孪生虚拟模型； 所述仿真 分析单元， 对数字 孪生虚拟模型进行制孔仿真； 所述定位单 元， 用于确定中心定位 孔在肋板上的位置； 所述运动控制单 元， 用于控制可移动平台、 机器人的运动、 末端执 行器的运动； 所述运行数据采集单元， 用于获取制孔过程中的运行参数， 包括主轴转速、 主轴温度、 压力、 刀具切削速度、 刀具进给速度、 机器人关节角度、 末端执 行器位姿； 所述辅助单 元， 用于制孔过程中的降温和吸尘排屑； 所述制孔 锪窝单元， 用于实现飞机蒙皮肋板的锪 窝制孔； 所述机器视 觉质量检测单 元， 用于采集已制孔的图像数据； 所述智能优化单 元， 用于获取待制孔的工艺 参数； 所述故障管理单 元， 用于监测系统运行状态并进行故障预警； 所述可视化单 元， 用于可视化显示 生成的数字 孪生虚拟模型。 2.根据权利要求1所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生系统， 其特征在于， 所 述运动控制单元包括工控机、 可移动平台、 机器人、 末端执行器、 PLC控制器； 所述工控机和 机器人固定在可移动平台上， 末端 执行器连接机器人的法兰盘， 末端 执行器、 传感器单元分 别与PLC控制器连接， PLC控制器连接 工控机。 3.根据权利要求1所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生系统， 其特征在于， 所 述定位单元包括安装在末端执行器上的呈圆周分布的多个霍尔传感器， 通过霍尔传感器检 测预制孔中磁 体的磁场强度； 所述运行数据采集单元包括速度传感器、 温度传感器、 压力传感器、 光电编码器、 9DOF 传感器、 红外传感器； 所述压力传感器固定在压力脚端面处， 实时监测压紧机构和飞机蒙皮之间的压力， 并 将压力数据经PLC控制器传输 至工控机； 所述温度传感器固定在电主轴上， 实时监测电主轴温度， 并将 温度数据经PLC控制器传 输至工控机； 所述速度传感器固定在电主轴上， 实时监测主轴转速以及制孔过程中产生的切削力， 并将转速数据经PLC控制器传输 至工控机； 所述红外传感器安装在机器人关节处， 实时监测周边障碍物， 并将开关量数据经PLC控 制器传输 至工控机； 所述9DOF传感器固定在末端执行器上， 实时检测末端执行器的位姿， 并将位姿数据经 PLC控制器传输 至工控机； 所述光电编码器固定在机器人关节处， 实时监测机器人各关节的角度， 并将角度数据 经PLC控制器传输给工控机 。 4.根据权利要求1所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生系统， 其特征在于， 所 述机器视觉质量检测单元包括双目相机、 相机调整支架、 光源、 光源调整支架； 双目相机固 定在相机调整支架上， 相机调整支架 安装在末端 执行器顶端； 光源固定在光源调整支架上，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062483 A 2光源调整支架安装在相 机调整支架中间； 双目相机与工控机相连， 通过双目相 机采集末端 执行器的动作图像并传输给工控机； 所述仿真 分析单元中采用软件 包括NX‑UG、 Matlab； 所述可视化单 元中采用的可视化引擎 为unity。 5.一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生方法， 基于权利要求1～4任意一项所述的一 种面向飞机蒙皮肋板盲制孔数字 孪生系统实现， 其特 征在于， 所述方法包括： 步骤1： 构建与物理实体相应的数字 孪生虚拟模型； 步骤2： 利用霍尔传感器定位肋板中心定位 孔的位置； 步骤3： 通过对数字 孪生虚拟模型的仿真加工获取飞机蒙皮制孔的工艺 参数； 步骤4： 将拟合的工艺参数、 物理设备的历史运行参数和孔的质量数据相统一， 通过融 合分析建立工艺 流程， 驱动机器人进行一次完成钻孔、 锪 窝的盲制孔工艺； 步骤5： 根据已制孔的图像数据判断制孔质量； 步骤6： 利用智能优化获得最佳工艺 流程及相关工艺 参数。 6.根据权利要求5所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生方法， 其特征在于， 所 述步骤1具体表述为： 利用软件从几何、 物理、 行为、 规则方面构建与物理实体相应的数字孪 生虚拟模型， 其中几何、 物理、 行为建模 采用软件NX ‑UG， 规则建模使用软件Matlab； 所述物理实体包括飞机蒙皮、 肋板、 工装、 夹具、 可移动平台、 末端执 行器、 机器人。 7.根据权利要求5所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生方法， 其特征在于， 所 述步骤2具体表述为： 通过霍尔传感器采集磁芯的磁场数据， 对磁场数据进行拟合确定磁芯 在肋板上的位置； 所述步骤3中制孔的工艺参数是指在软件上对包括飞机蒙皮、 肋板、 工装、 夹具、 可移动 平台、 末端执行器、 机器人 的数字孪生虚拟模型进行仿真加工， 确定盲制孔的工艺参数， 所 述工艺参数包括 孔的坐标、 孔的法线数据、 孔的直径。 8.根据权利要求5所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生方法， 其特征在于， 所 述步骤4具体表述为： 在移动机器人进 行一次完成钻孔、 锪窝的盲制孔过程中采集生产过程 数据， 并将生产过程数据与数字孪生虚拟模型进行融合， 驱动数字孪生性能模型进行动态 更新； 所述生产过程数据包括末端执行器压力脚与飞机蒙皮之间的压力、 机器人各关节的 角度、 末端执 行器的位姿、 主轴转速及温度、 刀具进给速度和 切削速度。 9.根据权利要求5所述的一种面向飞机蒙皮肋 板盲制孔数字孪生方法， 其特征在于， 所 述步骤5具体表述为： 通过双目相机采集已制孔的图像数据， 然后传输给工控机对图像进 行 像素计算处理， 提取孔的圆度、 窝深以及孔周的毛刺高度， 将其作为孔加工质量的评价指 标。 10.根据权利要求5所述的一种面向飞机蒙皮肋板盲制孔数字孪生方法， 其特征在于， 所述步骤6具体表 述为： 将步骤3中仿 真加工分析输出的工艺参数运用到飞机蒙皮盲制孔的 实际加工过程中， 通过步骤5对 上述工艺参数制造出来的连接孔进 行质量检测和评估， 将质 量评估数据和末端执 行器的运行参数 上传到数据库中， 用于获得 更加合理的工艺 参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062483 A 3