随着“中国制造2025”规划的实施,国产大飞机项目成果不断涌现——运20大型运输机服役、C919客机首飞、蛟龙600水上飞机首飞。在航空制造中,钻孔加工占全部加工工作的一半以上,提高钻孔加工效率与质量具有十分重要的现实意义和应用价值;且在当前航空制造领域,碳纤维复合材料逐渐替代传统金属材料,被广泛应用于机身、机翼、尾翼等关键部位的制造,而碳纤维复合材料的制孔加工性能与传统金属材料有较大区别。在碳纤维复合材料加工中应用机器人自动制孔技术和视觉定位技术能够有效提高制孔加工的定位精度和垂直度精度,保证制孔质量并提高生产效率。本文构建了用于碳纤维复合材料制孔加工的机器人自动钻孔系统,基于机器人技术与机器视觉技术,对孔定位、曲面法向获取、机器人位姿调整等内容进行研究。首先,根据国内外机器人自动钻孔技术与装备的研发和应用情况,结合碳纤维复合材料加工特性和航空制造中制孔加工的工艺要求,确定本课题需要研究的关键技术与系统整体方案。其次,应用机器视觉技术对待加工孔位进行识别与判断,通过手眼标定与坐标转换确定孔的中心位置,并引导机器人移动至制孔准备位置。对孔位附近的工件表面进行三维扫描与曲面拟合,获取工件表面孔位中心线的实际法向,调整机器人位姿,使执行器制孔刀具进给方向与孔位法向重合,实现制孔加工的法向调整。最后,进行加工实验分析,对孔的视觉定位、机器人视觉引导、曲面法向获取与机器人制孔位姿调整等内容进行验证,并对加工后孔的位置与垂直度精度进行检测,验证系统适合于碳纤维复合材料的制孔加工。