CN102765063A

CN102765063A - 用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统及方法

Info

Publication number: CN102765063A
Application number: CN2012102116450A
Authority: CN
Inventors: 章婷; 单以才; 李一民; 王宏睿; 杨小兰; 袁建宁
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-06-26
Also published as: CN102765063B

Abstract

本发明公开了一种用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统及方法，属于无损检测定位技术领域。该系统主要包括通过纵向柔性导轨组件装于外侧工件表面的搬运机构、装有多个柱型磁性传感器的打标装置，以及系统控制器。其方法的特征在于盲孔对接定位时首先通过纵向柔性导轨组件将盲孔对接定位系统贴装于外侧工件表面；然后由控制器主动控制搬运机构，带动打标装置趋向置于内侧工件盲孔的永久磁铁；当磁性传感器捕捉到磁信号时，控制器对搬运机构的控制转入自动控制状态；控制器根据磁性传感器组所获得的磁场信息，转换生成搬运机构的运动控制指令，最终实现打标装置与内侧工件盲孔的同轴对接。

Description

用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统及方法

技术领域

本发明公开了一种用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统及方法，尤其适合非磁性大型工件多盲孔孔系的高效对接定位，属于无损检测定位技术领域。

背景技术

随着现代飞机高速、高机动性能要求的不断提高，钛合金、铝合金、碳纤维复合材料等非磁性轻型材料在航空制造领域的应用越来越广。作为机身组件的连接纽带，装配制孔的质量要求也越来越高。迤今为止，机身大型壁板的组装制孔技术已经历了从手工装配、半机械/半自动化装配、机械/自动化装配到柔性装配的发展历程。

目前，机器人化制孔以其自动化、柔性化、高精度等优势，成为了飞机大型工件装配制孔技术的发展主流。由于加工时受到工件对合调姿、钻孔冲击、托架变形及自身弱刚性导致弹性变形等因素的影响，壁板制孔位置（孔的标记点）难以预先确定，必需在制孔前实时测量和计算待加工点的空间位姿。对此，当前主要采取由加工人员现场手工制作孔的标记点，这使制孔的作业效率受到了严重影响。因此，如何迅速确定壁板表面孔的标记点，是实现机器人化柔性制孔必须首要解决的技术问题，尤其壁板组装制孔中盲孔的对接定位更是如此。

发明内容

本发明针对现有非磁性大型工件组装制孔时孔标记点制作技术存在作业效率低、劳动强度大、工作环境差等方面的不足，提出了一种用于非磁性大型工件组装制孔的盲孔对接定位系统及方法，尤其适用于非磁性工件多盲孔孔系的自动对接定位。

一种用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统，其特征在于：该系统包括搬运机构、安装于搬运机构的打标装置，以及系统控制器；

上述搬运机构由纵向平移机构、横向平移机构、纵向微调机构组成；

其中纵向平移机构由纵向柔性导轨组件和纵向滑移组件组成；纵向柔性导轨组件包括一对工字型导轨，工字型导轨底部装有真空吸盘，顶部嵌有齿条，内部设有与上述真空吸盘互通的气道，两侧设有纵向滑槽；纵向滑移组件由第一连接板、安装于第一连接板上的第一驱动电机、经过减速装置与第一驱动电机相连并与齿条配合的齿轮、安装于第一连接板与工字型导轨侧面的纵向滑槽配合的滑轮组成；

其中横向平移机构包括安装于第一连接板的横向丝杆，安装于第一连接板的与横向丝杆一端相连的第二驱动电机，还包括一对安装于第一连接板上的横向导轨，通过第二滑块与横向导轨配合的第二连接板；第二连接板上安装有与丝杆相配合的螺母；

其中纵向微调机构包括安装于第二连接板上的纵向丝杆，安装于第二连接板与纵向丝杆一端相连的第三驱动电机，安装于纵向丝杆上的条形螺母；还包括安装于第二连接板上的纵向滑轨，与滑轨配合的组合滑块；

上述打标装置固定于条形螺母和组合滑块下端，它由打标装置壳体、打标装置端盖，位于打标装置中心位置的打标机构、以打标机构为中心均匀分布于打标机构四周的柱型磁性传感器组成；

上述系统控制器包括磁信息处理模块、驱动模块、用于实时显示打标装置与工件盲孔内永久磁铁相互位置的视频模块；上述第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机与所述驱动模块相连；上述柱型磁性传感器与磁信息处理模块相连。

上述工字型导轨（1111）侧面的纵向滑槽下边沿可以设有通孔，用以增加工字型导轨的柔性。

一种利用所述用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统实现的盲孔对接定位方法，其特征在于包括以下过程：

A) 首先通过纵向柔性导轨组件将盲孔对接定位系统安装于外侧工件外表面，并将永久磁铁置于内侧工件的待定位盲孔内；

B) 其次，由控制器控制搬运机构的第一驱动电机和第二驱动电机，带动打标装置快速趋向置于盲孔内永久磁铁，直至柱型磁性传感器能检测到磁信号为止；

C) 当柱型磁性传感器检测到磁信号时，控制器对搬运机构的第一驱动电机和第二驱动电机的控制转入自动控制状态，即控制器根据柱型磁性传感器所测得的磁场信息，转换生成搬运机构的第一驱动电机和第二驱动电机的运动控制指令；

D)当柱型磁性传感器组所测得的磁场值大于设定值时，控制器对搬运机构进入微控状态，即利用第二驱动电机和纵第三驱动电机对打标装置进行位置精确调整；

E) 当各柱型磁性传感器测得磁场强度值相互差值小于设定值时，便完成打标装置与内侧工件盲孔的同轴对接，最终由打标装置在外侧工件外表面作下标记点。

本发明具有如下效果：1、利用磁场穿透功能，有效解决了非磁性实体工件盲孔的对接定位，同时对工件后续的使用性能也不会产生不利影响；2、三自由搬运机构的设计，能实现打标装置的粗调、微调两种调节功能，有助实现工件盲孔的快而准确的定位；3、柔性导轨组件的设置，使本发明的盲孔对接定位系统能适应不同弧面工件的孔标记点制作；4、本发明的装置及方法，能大大提高非磁性大型工件多盲孔孔系的孔标记点制作，降低了劳动强度，改善了工作环境。

附图说明

图1为根据本发明的非磁性大型工件组装制孔的盲孔对接定位系统一较佳实施案例的模型示意图；

图2为本发明的盲孔对接定位系统一个工程应用案例示意图；

图3为本发明的柔性导轨组件的模型示意图；

图4为本发明的纵向平移机构的模型示意图；

图5为本发明的打标装置传感器组安装示意图；

图6为本发明的横向平移机构及打标装置安装示意图；

图7为本发明的盲孔对接定位系统的一个工作流程图；

图1、图2、图3、图4、图5、图6中标号名称：1000、搬运机构，2000、打标装置，3000、系统控制器；

10、盲孔对接定位系统，11、外侧工件，12、内侧工件，13、盲孔，14、永久磁铁；

1100、纵向平移机构，1110、纵向柔性导轨组件，1111、工字型导轨，1112、真空吸盘，1113、齿条，1114、通孔；1120、纵向滑移组件，1121、第一连接板，1122、第一驱动电机，1123、减速装置，1124、齿轮；1125、滑轮，1126、齿轮轴，1127、固定支架，1128、纵向滑块；

1200、横向平移机构，1201、横向丝杆，1202、第二驱动电机，1203、横向导轨，1204、第二滑块，1205、第二连接板，1206、螺母，1207、轴承支座一，1208、轴承支座二；

1300、纵向微调机构，1301、纵向丝杆，1302、第三驱动电机，1303、条形螺母，1304、纵向滑轨，1305、组合滑块，1306、轴承支座三，1307、轴承支座四；

2001、壳体，2002、端盖，2003、打标机构，2004、柱型磁性传感器；

3100、磁信息处理模块，3200、驱动模块，3300、视频模块；

图7中标号名称：701—709、方法实施步骤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明的盲孔对接定位系统及方法进行详细阐述。

图1是本发明公开的一种用于非磁性大型工件组装制孔的盲孔对接定位系统，该系统主要包括搬运机构1000、安装于搬运机构1000的打标装置2000，以及系统控制器3000。

上述的搬运机构1000是由纵向平移机构1100、横向平移机构1200、纵向微调机构1300三部分组成，其中：

纵向平移机构1100是由纵向柔性导轨组件1110和纵向滑移组件1120构成；纵向柔性导轨组件1110包括一对工字型导轨1111，工字型导轨1111底部装有真空吸盘1112，顶部嵌有齿条1113，内部设有用于实现各个真空吸盘1112互通的气道，两侧设有纵向滑槽；纵向滑槽下边沿设有通孔1114；纵向滑移组件1120由第一连接板1121、安装于第一连接板1121上的第一驱动电机1122、经过减速装置1123与第一驱动电机相连并与齿条1113配合的齿轮1124、安装于第一连接板1121与工字型导轨1111侧面的纵向滑槽配合的滑轮1125组成；

横向平移机构1200包括安装于第一连接板1121的横向丝杆1201，安装于第一连接板1121的与横向丝杆1201一端相连的第二1202，还包括一对安装于第一连接板1121上的横向导轨1203，通过第二滑块1204与横向导轨1203配合的第二连接板1205；第二连接板1205上安装有与驱动电机丝杆1201相配合的螺母1206；

纵向微调机构1300包括安装于第二连接板1205上的纵向丝杆1301，安装于第二连接板1205与纵向丝杆1301一端相连的第三驱动电机1302，安装于纵向丝杆1301上的条形螺母1303；还包括安装于第二连接板1205上的纵向滑轨1304，与滑轨配合的组合滑块1305；

上述的打标装置2000安装于条形螺母1303和组合滑块1305下端，其打标机构2003安装在壳体2001和端盖2002上，柱型磁性传感器2004布设在端盖2002的端面上，并且分别在以打标机构2003为中心的圆上；

上述的系统控制器3000主要包括磁信息处理模块3100、驱动模块3200、用于实时显示打标装置3300与盲孔内永久磁铁14相互位置的视频模块3400；其驱动模块3200与搬运机构1000的第一驱动电机1122、第二驱动电机1202、第三驱动电机1302均电性相连；磁信息处理模块3400接收、处理柱型磁性传感器2004的检测信号，并输入至驱动控制模块3200。

本发明系统的工作原理如下：首先通过柔性导轨组件1110将盲孔对接定位系统10安装于外侧工件11表面。其次，由控制器3000依次主动和自动控制搬运构1000，带动打标装置2000趋向置于内侧工件12盲孔13的永久磁铁14，最终完成打标装置与内侧工件盲孔的同轴对接，利用打标装置2000在外侧工件11表面作下标记点。图7是本发明的盲孔对接定位系统的一个工作流程图。

盲孔对接定位前，利用柔性导轨组件1110，通过真空吸盘1112将盲孔对接定位系统10安装于外侧工件11表面。

盲孔对接定位时，搬运机构1000的第一驱动电机1122通过减速装置1123驱动齿轮1124，在柔性导轨组件1110的两个齿条1113和工字型导轨1111与滚轮1125的共同约束下，搬运机构1000带动打标装置2000一同沿着柔性导轨组件1110作纵向移动。横向平移机构1200的第二驱动电机1202通过横向丝杆1201和螺母1206以及导轨副1203、1204，带动第二连接板1205、微调机构1300和打标装置2000进行横向移动。当打标装置2000上柱型磁性传感器2004捕捉到内侧工件12盲孔13内永久磁铁14的磁场信号时，系统控制器3000对第一驱动电机1122和第二驱动电机1202的控制进入自动控制状态。当打标装置2000端部柱型磁性传感器2004检测到的磁场强度值大于设定值时，对打标装置2000的位置调整进入微调状态。由纵向微调机构1300的第三驱动电机1302带动纵向丝杆1301和条形螺母1303，在导轨副1304、1305约束下，带动打标装置2000进行纵向微调。打标装置2000的横向微调由横向平移机构1200来完成。当柱型磁性传感器2004前后检测磁场强度误差小于设定值，即完成了打标装置2000与内侧工件11盲孔13的同轴对接，由打标机构2003在外侧工件11表面对应处作下孔标记点。

以上所述仅为本发明涉及的盲孔对接定位系统及方法的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。

Claims

1.一种用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统，其特征在于：

该系统包括搬运机构（1000）、安装于搬运机构（1000）的打标装置（2000），以及系统控制器（3000）；

上述搬运机构由纵向平移机构（1100）、横向平移机构（1200）、纵向微调机构（1300）组成；

其中纵向平移机构（1100）由纵向柔性导轨组件（1110）和纵向滑移组件（1120）组成；纵向柔性导轨组件包括一对工字型导轨（1111），工字型导轨（1111）底部装有真空吸盘（1112），顶部嵌有齿条（1113），内部设有与上述真空吸盘（1112）互通的气道，两侧设有纵向滑槽；纵向滑移组件（1120）由第一连接板（1121）、安装于第一连接板（1121）上的第一驱动电机（1122）、经过减速装置（1123）与第一驱动电机相连并与齿条（1113）配合的齿轮（1124）、安装于第一连接板（1121）与工字型导轨（1111）侧面的纵向滑槽配合的滑轮（1125）组成；

其中横向平移机构（1200）包括安装于第一连接板（1121）的横向丝杆（1201），安装于第一连接板（1121）的与横向丝杆（1201）一端相连的第二驱动电机（1202），还包括一对安装于第一连接板（1121）上的横向导轨（1203），通过第二滑块（1204）与横向导轨（1203）配合的第二连接板（1205）；第二连接板（1205）上安装有与丝杆（1201）相配合的螺母（1206）；

其中纵向微调机构（1300）包括安装于第二连接板（1205）上的纵向丝杆（1301），安装于第二连接板（1205）与纵向丝杆（1301）一端相连的第三驱动电机（1302），安装于纵向丝杆（1301）上的条形螺母（1303）；还包括安装于第二连接板（1205）上的纵向滑轨（1304），与纵向滑轨（1304）配合的组合滑块（1305）；

上述打标装置（2000）固定于条形螺母（1303）和组合滑块（1305）下端，它由打标装置壳体（2001）、打标装置端盖（2002）、位于打标装置中心位置的打标机构（2003）、以打标机构（2003）为中心均匀分布于打标机构（2003）四周的柱型磁性传感器（2004）组成；

上述系统控制器（3000）包括磁信息处理模块（3100）、驱动模块（3200）、用于实时显示打标装置（3300）与工件盲孔内永久磁铁（14）相互位置的视频模块（3400）；上述第一驱动电机（1122）、第二驱动电机（1202）、第三驱动电机（1302）与所述驱动模块（3200）相连；上述柱型磁性传感器（2004）与磁信息处理模块（3400）相连。

2.根据权利要求1所述的用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统，其特征在于：上述工字型导轨（1111）侧面的纵向滑槽下边沿设有通孔（1114）。

3.一种利用权利要求1所述用于非磁性工件组装的盲孔对接定位系统的盲孔对接定位方法，其特征在于包括以下过程：

A) 首先通过纵向柔性导轨组件（1110）将盲孔对接定位系统（10）安装于外侧工件（11）外表面，并将永久磁铁（14）置于内侧工件（12）的待定位盲孔内；

B) 其次，由控制器（3000）控制搬运机构（1000）的第一驱动电机（1122）和第二驱动电机（1202），带动打标装置（2000）快速趋向置于盲孔内永久磁铁（14），直至柱型磁性传感器（2004）能检测到磁信号为止；

C) 当柱型磁性传感器（2004）检测到磁信号时，控制器（3000）对搬运机构（1000）的第一驱动电机（1122）和第二驱动电机（1202）的控制转入自动控制状态，即控制器（3000）根据柱型磁性传感器（2004）所测得的磁场信息，转换生成搬运机构（1000）的第一驱动电机（1122）和第二驱动电机（1202）的运动控制指令；

D)当柱型磁性传感器组（2004）所测得的磁场值大于设定值时，控制器（3000）对搬运机构（1000）进入微控状态，即利用第二驱动电机（1202）和纵第三驱动电机（1302）对打标装置（2000）进行位置精确调整；

E) 当各柱型磁性传感器（2004）测得磁场强度值相互差值小于设定值时，便完成打标装置（2000）与内侧工件（12）盲孔（13）的同轴对接，最终由打标装置（2000）在外侧工件（11）外表面作下标记点。