CN102794728A - 一种球头自适应入位锁紧装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机调姿对接用的球头自适应入位锁紧装置及其方法。在底座上设有力传感器、直线轴承，端座与底座固联，端座内设有力矩电机、圆光栅、平面螺盘，平面螺盘上沿圆周均布三个卡爪，卡爪尾部设有调整螺钉，力矩电机带动平面螺盘旋转驱动卡爪，圆光栅检测力矩电机旋转角度，端座顶部设有激光灯座、两个光电开关、第一端盖和第二端盖，激光灯座内嵌有六个激光灯，工艺球头与球托构成球铰连接，球托穿过直线轴承与球托支撑座相连接，球托支撑座安装在力传感器上。本发明具有自由转动、防逃逸转动、锁紧工作模式，实时监控调姿单元受到飞机部件压力载荷的功能，能满足飞机数字化装配系统中调姿单元对飞机部件吊装入位、调姿、固持的需求。

Description

一种球头自适应入位锁紧装置及其方法

技术领域

本发明属于飞机数字化装配技术领域，涉及一种球头自适应入位锁紧装置及其方法。

背景技术

现代飞机的生产采用模块化方式进行组织，各部件装配完成之后，进行部件之间的对合装配。在部件对合之前，需要保证各个部件具有准确的位置和空间姿态，飞机的数字化装配系统通常采用三点或四点支撑的方式对复杂曲面外形的飞机部件进行自动化调姿定位，支撑点处的调姿单元可在X、Y、Z三个方向平移，调姿单元与固接于飞机部件上的工艺球头构成球铰连接，进而满足大部件的空间位姿调整要求。在飞机部件吊装过程中，要求调姿单元自主找寻部件上的工艺球头位置，在构成球铰连接的同时，需要尽量避免产生额外的应力和变形。在部件调姿过程中，既要保证工艺球头可以在球铰副中自由转动，满足部件的空间位姿调整要求，又不能破坏球铰连接，保证调姿过程的稳定性、可靠性；调姿完成后，要求飞机部件的空间位姿保持固定不变，确保飞机部件在后续对接和加工过程中的稳定性。本发明提出的一种球头自适应入位锁紧装置，作为调姿单元的重要组成部分，解决固接于飞机部件上的工艺球头与调姿单元之间的联接问题，满足飞机部件的数字化装配定位要求，保证飞机数字化装配精准、安全、可靠。

发明内容

本发明的目的是针对飞机数字化装配中飞机部件的吊装入位、调姿、固持问题，提供一种球头自适应入位锁紧装置。

球头自适应入位锁紧装置包括底座、力传感器、端座、圆光栅、力矩电机、球托、工艺球头、激光灯座、激光灯、卡爪、调整螺钉、平面螺盘、连接法兰、直线轴承、轴承安装盘、球托支撑座、光电开关、第一端盖、第二端盖；底座内设有力传感器，直线轴承通过轴承安装盘安装在底座上，端座与底座固联，端座内设有圆光栅、力矩电机、平面螺盘，平面螺盘上沿圆周均布三个卡爪，卡爪安装在端座上的卡爪槽内，卡爪尾部设有调整螺钉，力矩电机通过连接法兰带动平面螺盘旋转驱动卡爪在平面螺盘上做径向运动，圆光栅检测力矩电机旋转角度，端座顶部设有激光灯座、两个光电开关、第一端盖和第二端盖，激光灯座内嵌有六个激光灯，工艺球头与球托构成球铰连接，球托穿过直线轴承与球托支撑座相连接，球托支撑座安装在力传感器上。

所述的球托上端设有与工艺球头相同半径的1/3球型腔，工艺球头的转动范围为-15°～15°。所述的平面螺盘端部和卡爪底部为平面螺纹结构，并相互啮合。所述的卡爪前端面是与工艺球头半径相等的球面。

球头自适应入位锁紧方法的步骤如下：

1)将底座固定在调姿单元上，锁紧装置能够跟随调姿单元在X、Y、Z三个方向上运动，工艺球头通过工艺接头与飞机或大部件连接，所述调姿单元为三坐标数控定位设备，能在X、Y、Z三个方向上实现精确定位；

2)让锁紧装置处于自由转动模式，打开激光灯，人工引导调姿单元移动，使激光灯发出的光束形成对工艺球头的包络状态，启动调姿单元进入自动入位模式，通过预置好的入位算法，球托所受压力通过直线轴承导向后传递给力传感器，同时监控力传感器读数，保证工艺球头进入球托上的球型腔内并正常接触；

3)调整锁紧装置到锁紧模式，力矩电机带动平面螺盘旋转驱动卡爪夹紧工艺球头，对飞机或大部件进行固持；

4)调整锁紧装置到防逃逸转动模式，卡爪放松对工艺球头的夹紧，可对飞机或大部件进行调姿操作。

所述的自由转动模式为：工艺球头自由搁置在球托上的球型腔内，能自由活动；防逃逸转动模式为：工艺球头被抑制在球托上的球型腔内，但仍能转动；锁紧模式为：工艺球头被卡爪锁紧在球托上的球型腔内。

本发明的优点在于：1）本发明装置具有自由转动、防逃逸转动、锁紧三种工作模式，可满足飞机部件数字化装配系统中调姿单元对飞机部件吊装入位、调姿、固持的需求；2）工艺球头与球托构成的球铰连接在不同工作模式下，可以实现自由转动、防逃逸转动、固定不动三种工作状态；3）采用激光灯引导工艺球头入位，使球头入位变得快速、灵活；4）可以通过力矩电机控制卡爪对工艺球头的锁紧力大小，并通过圆光栅反馈精确控制卡爪位置；5）通过力传感器判断工艺球头是否进入球托上的球型腔内并正常接触，而且可以实时监控调姿单元的受力情况；6)采用直线轴承作为球托的导向机构，即使球托受到侧向压力，也能够准确地将竖直方向的分力传递到力传感器上；7）具有自定心特点，三个卡爪夹紧工艺球头时可保证工艺球头的球心与球托球型腔球心重合；8）具有自锁特性，力矩电机停止转动时，卡爪能够在平面螺盘上保持位置不变；9）模块化设计，针对不同应用场合易于实现产品系列化设计。

附图说明

图1（a）是球头自适应入位锁紧装置的主视图；

图1（b）是球头自适应入位锁紧装置的俯视图；

图中：底座1、力传感器2、端座3、圆光栅4、力矩电机5、球托6、工艺球头7、激光灯座8、激光灯9、卡爪10、调整螺钉11、平面螺盘12、连接法兰13、直线轴承14、轴承安装盘15、球托支撑座16、光电开关17、第一端盖18、第二端盖19。

具体实施方式

如图1所示，球头自适应入位锁紧装置包括底座1、力传感器2、端座3、圆光栅4、力矩电机5、球托6、工艺球头7、激光灯座8、激光灯9、卡爪10、调整螺钉11、平面螺盘12、连接法兰13、直线轴承14、轴承安装盘15、球托支撑座16、光电开关17、第一端盖18、第二端盖19。底座1内设有力传感器2，直线轴承14通过轴承安装盘15安装在底座1上，端座3与底座1固联，端座3内设有圆光栅4、力矩电机5、平面螺盘12，平面螺盘12上沿圆周均布三个卡爪10，卡爪10安装在端座3上的卡爪槽内，卡爪10尾部设有调整螺钉11，力矩电机5通过连接法兰13带动平面螺盘12旋转驱动卡爪10在平面螺盘12上做径向运动，圆光栅4检测力矩电机5旋转角度，端座3顶部设有激光灯座8、两个光电开关17、第一端盖18和第二端盖19，激光灯座8内嵌有六个激光灯9，工艺球头7与球托6构成球铰连接，球托6穿过直线轴承14与球托支撑座16相连接，球托支撑座16安装在力传感器2上。

所述的球托6上端为与工艺球头7半径相等的1/3球型腔，球托6与工艺球头7构成球铰连接，工艺球头7的转动范围为-15°～15°。平面螺盘12端部和卡爪10底部为平面螺纹结构，并相互啮合。卡爪10前端面是与工艺球头7半径相等的曲面。球托6将所受压力通过直线轴承14导向后传递给力传感器2。

球头自适应入位锁紧方法的步骤如下：

1)将底座1固定在调姿单元上，锁紧装置能够跟随调姿单元在X、Y、Z三个方向上运动，工艺球头7通过工艺接头与飞机或大部件连接，所述调姿单元为三坐标数控定位设备，能在X、Y、Z三个方向上实现精确定位；

2)让锁紧装置处于自由转动模式，打开激光灯9，人工引导调姿单元移动，使激光灯9发出的光束形成对工艺球头7的包络状态，启动调姿单元进入自动入位模式，通过预置好的入位算法，球托6所受压力通过直线轴承14导向后传递给力传感器2，同时监控力传感器2读数，保证工艺球头7进入球托6上的球型腔内并正常接触；

3)调整锁紧装置到锁紧模式，力矩电机5带动平面螺盘12旋转驱动卡爪10夹紧工艺球头7，对飞机或大部件进行固持；

4)调整锁紧装置到防逃逸转动模式，卡爪10放松对工艺球头7的夹紧，可对飞机或大部件进行调姿操作。

球头自适应入位锁紧装置有三种工作模式：自由转动模式为：工艺球头7自由搁置在球托6上的球型腔内，能自由活动；防逃逸转动模式为：工艺球头7被抑制在球托6上的球型腔内，但仍能转动；锁紧模式为：工艺球头7被卡爪10锁紧在球托6，不能做任何运动。

Claims (6)

1.一种球头自适应入位锁紧装置，其特征在于包括底座（1）、力传感器（2）、端座（3）、圆光栅（4）、力矩电机（5）、球托（6）、工艺球头（7）、激光灯座（8）、激光灯（9）、卡爪（10）、调整螺钉（11）、平面螺盘（12）、连接法兰（13）、直线轴承（14）、轴承安装盘（15）、球托支撑座（16）、光电开关（17）、第一端盖（18）、第二端盖（19）；底座（1）内设有力传感器（2），直线轴承（14）通过轴承安装盘（15）安装在底座（1）上，端座（3）与底座（1）固联，端座（3）内设有圆光栅（4）、力矩电机（5）、平面螺盘（12），平面螺盘（12）上沿圆周均布三个卡爪（10），卡爪（10）安装在端座（3）上的卡爪槽内，卡爪（10）尾部设有调整螺钉（11），力矩电机（5）通过连接法兰（13）带动平面螺盘（12）旋转驱动卡爪（10）在平面螺盘（12）上做径向运动，圆光栅（4）检测力矩电机（5）旋转角度，端座（3）顶部设有激光灯座（8）、两个光电开关（17）、第一端盖（18）和第二端盖（19），激光灯座（8）内嵌有六个激光灯（9），工艺球头（7）与球托（6）构成球铰连接，球托（6）穿过直线轴承（14）与球托支撑座（16）相连接，球托支撑座（16）安装在力传感器（2）上。

2.根据权利1所述的一种球头自适应入位锁紧装置，其特征在于所述的球托（6）上端设有与工艺球头（7）相同半径的1/3球型腔，工艺球头（7）的转动范围为-15°～15°。

3.根据权利1所述的一种球头自适应入位锁紧装置，其特征在于所述的平面螺盘（12）端部和卡爪（10）底部为平面螺纹结构，并相互啮合。

4.根据权利1所述的一种球头自适应入位锁紧装置，其特征在于所述的卡爪（10）前端面是与工艺球头（7）半径相等的球面。

5.一种使用如权利要求1所述装置的球头自适应入位锁紧方法，其特征在于它的步骤如下：

1)将底座（1）固定在调姿单元上，锁紧装置能够跟随调姿单元在X、Y、Z三个方向上运动，工艺球头（7）通过工艺接头与飞机或大部件连接，所述调姿单元为三坐标数控定位设备，能在X、Y、Z三个方向上实现精确定位；

2)让锁紧装置处于自由转动模式，打开激光灯（9），人工引导调姿单元移动，使激光灯（9）发出的光束形成对工艺球头（7）的包络状态，启动调姿单元进入自动入位模式，通过预置好的入位算法，球托（6）所受压力通过直线轴承（14）导向后传递给力传感器（2），同时监控力传感器（2）读数，保证工艺球头（7）进入球托（6）上的球型腔内并正常接触；

3)调整锁紧装置到锁紧模式，力矩电机（5）带动平面螺盘（12）旋转驱动卡爪（10）夹紧工艺球头（7），对飞机或大部件进行固持；

4)调整锁紧装置到防逃逸转动模式，卡爪（10）放松对工艺球头（7）的夹紧，可对飞机或大部件进行调姿操作。

6.如权利要求5所述一种球头自适应入位锁紧方法，其特征在于所述的自由转动模式为：工艺球头（7）自由搁置在球托（6）上的球型腔内，能自由活动；防逃逸转动模式为：工艺球头（7）被抑制在球托（6）上的球型腔内，但仍能转动；锁紧模式为：工艺球头（7）被卡爪（10）锁紧在球托（6）上的球型腔内。

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