Fehleranalyse normaler Oberflächenmessungen basierend auf mehreren Laserdisplacementsensoren

Das robotergestützte Bohren von Montagebohrungen ist ein entscheidender Prozess in der Luft- und Raumfahrtfertigung, bei dem das Messen der Normalen der Werkstückoberfläche ein wichtiger Schritt ist, um den Roboter in die korrekte Position zu führen und die Rechtwinkligkeit der Bohrachse zu garantieren. Mehrere Laserdisplacementsensoren können verwendet werden, um die Anforderungen an tragbare und vor Ort durchgeführte Messungen zu erfüllen, jedoch fehlt es noch an einer genauen Analyse und einem Layoutdesign. In diesem Papier wird eine vereinfachte parametrische Methode für Mehrsensorsysteme zur Normalmessung mit symmetrischem Layout vorgeschlagen, bei der drei Parameter verwendet werden: die Anzahl der Sensoren, den Neigungswinkel des Laserstrahls und den Verteilungsradius des Laserflecks. Eine Simulationsmethode zur Verteilung des Messfehlernorms unter Berücksichtigung der zufälligen Sensoreffekte wird vorgeschlagen. Die Verteilungsbedingungen der Messfehler bei unterschiedlichen Sensorzahlen, dem Neigungswinkel des Laserstrahls und dem Verteilungsradius des Laserflecks werden als pyramidenähnliche Region offenbart. Die einflussreichen Faktoren auf die Normalmessgenauigkeit, wie z.B. die Genauigkeit der Sensoren, deren Anzahl und Installationsposition, werden durch Simulation analysiert und experimentell an einem fünfachsigen Präzisionswerkzeug überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Erhöhung des Neigungswinkels des Laserstrahls und des Verteilungsradius des Laserflecks die normalen Messfehler erheblich reduziert. Bei einem Neigungswinkel des Laserstrahls ≥15° und einem Verteilungsradius des Laserflecks ≥19 mm fällt der normale Messfehler unter 0,05°, was eine normale Genauigkeit beim robotergestützten Bohren gewährleistet.