CN102975866A - 一种自适应柔性飞机装配装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应柔性飞机装配装置及方法，通过在飞机装配装置及其与飞机外形有关的外形定位卡板和定位柱上安装位移传感器，精确控制和飞机结构件、外形定位有关机构的三维坐标，达到在飞机装配、加工过程中，用数字信息准确控制飞机外形有关的结构件、外蒙皮等的装配、加工精确度，使得飞机装配实现了自适应柔性数字化制造，彻底取消原有装配方法所需的样板和价格昂贵的样件，一套装置可以应用到多个工位、多个机种，彻底改变现行飞机装配、加工装置制造过程周期长、成本高、单套型架仅能用于单个工位、单个机种，适应性差的现状，能够大幅度降低飞机研制、生产成本，增强飞机生产企业的核心竞争力，提供经济效益。

Description

一种自适应柔性飞机装配装置及方法

技术领域

本发明涉及一种自适应柔性飞机装配装置及方法。

背景技术

飞机利用空气在机翼上产生的压力差进行飞行，既有民用、又有军用。飞机的机体重量必须尽可能的轻，所以，飞机的结构件、外蒙皮均为薄壁结构，薄壁结构零件的特点是刚性差，由众多的薄壁结构件通过铆钉连接、胶连接、螺栓连接，形成刚性结构部件，部件再进一步装配成整体飞机机体。

飞机的零件采用机械加工、数控加工、化学洗切、喷丸成型、焊接、模型冲压成型等方法制成薄壁结构零件。零件加工完成后，进入部件装配工序。飞机的部件装配完全依赖于特殊的工艺装备，即型架进行部件装配工序。 

在飞机装配生产过程中，最为关键的是装配协调体系的建立，虽然有部分采用了数字化传递，但主要的传递方法还是模拟量传递，即飞机外形数学模型－样板－样件－型架－飞机部件－飞机整体。飞机整体的装配精确度取决于部件精确度，部件精确度取决于型架的精确度，型架的精确度取决于样件，样件的精确度取决于样板的精确度。中间环节多，导致飞机整体精确度降低，生产准备周期长，成本高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种自适应柔性飞机装配装置及方法，能够有效解决现存的模拟量装配协调体系的主要缺陷，全部采用数字量装配协调体系，可以大幅度缩短生产准备周期，大幅度降低生产准备成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自适应柔性飞机装配装置，包括左、右立柱和上、下横梁；在左、右立柱上设置有导轨，在导轨上安装有可上下移动的结构件装配接头定位装置，所述结构件装配接头定位装置自身可沿水平方向左右伸缩；在所述结构件装配接头定位装置的伸缩端安装有两个位移传感器；上下横梁固定安装在立柱上，在上、下横梁上设置有导轨，在导轨上设置有卡板定位和旋转机构，卡板上端安装在上横梁上；卡板可沿水平方向左右移动，在卡板上下两端均安装有位移传感器；在每个卡板上安装有飞机外形定位柱，在飞机外形定位柱上安装有定位柱定位机构、定位柱导向驱动机构，飞机外形定位柱可沿水平方向前后伸缩，在飞机外形定位柱的伸缩端安装有位移传感器。

本发明还提供了一种自适应柔性飞机装配方法，包括如下步骤：

步骤一、确定飞机装配型架三维空间：

依据飞机工艺和部件装配工艺分配，确定每个型架的左右立柱和上下横梁的尺寸大小，确保立柱和横梁同时满足飞机部件在三维空间所需尺寸大小和型架力学刚性的要求，同时确定卡板尺寸；

步骤二、在型架的左右立柱上安装结构件装配接头定位装置，在上下横梁上安装卡板，在卡板上安装飞机外形定位柱，在型架立柱、卡板和外形定位柱上安装位移传感器；  

步骤三、读取与装配工序有关的数学模型数据；

步骤四、利用空间坐标变换计算方法，对数学模型数据进行坐标变换处理，将数学模型数据变换到步骤一确定的型架三维空间坐标系中；

步骤五、根据所要装配部件的外形尺寸复杂程度和装配工艺文件要求，确定飞机部件连接定位点数量、卡板数量、卡板定位柱数量；

步骤六、计算机根据步骤四转换后的数学模型数据自动生成全部定位点三维坐标数据；

步骤七、计算机发出指令，令相应机构的驱动机构驱动各相应机构移动到各个定位点确定的位置，在移动过程中计算机通过各个传感器实时传输的各相应机构的位置实际数据和部件装配需要的数学模型数据进行比对计算，直至各相应机构到达所需位置为止。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：通过在飞机装配装置（型架、加工台、托架）及其与飞机外形有关的外形定位卡板和定位柱上安装位移传感器，精确控制和飞机结构件、外形定位有关机构的三维坐标，达到在飞机装配、加工过程中，用数字信息准确控制飞机外形有关的结构件、外蒙皮等的装配、加工精确度，使得飞机装配实现了自适应柔性数字化制造，彻底取消原有装配方法所需的样板和价格昂贵的样件，一套装置（型架、加工台、托架）可以应用到多个工位、多个机种，彻底改变现行飞机装配、加工装置（型架、加工台、托架）制造过程周期长、成本高、单套型架仅能用于单个工位、单个机种，适应性差的现状，能够大幅度缩短飞机研制、生产周期，大幅度降低飞机研制、生产成本，增强飞机生产企业的核心竞争力，提供经济效益。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明装配装置的结构示意图；

图2是本发明的卡板在工作状态和非工作状态的结构示意图。

具体实施方式

一种自适应柔性飞机装配装置，如图1至图2所示，包括：型架左立柱1、型架右立柱2，下横梁3、上横梁4、结构件装配接头定位装置（包括导向驱动机构5、工件定位机构6、机翼联接机构7）、飞机结构件8、卡板9、定位柱定位机构10、定位柱导向驱动机构11、飞机外形定位柱12和卡板定位和旋转机构13，以及由坐标轴Y和Z构成的水平面YOZ，由坐标轴X和Y构成的立面XOY，由坐标轴X和Z构成的立面XOZ；其中：

在立面XOY上设置型架左立柱1、型架右立柱2，下横梁3、上横梁4，左右立柱选用已有的标准件，可以满足刚性和稳定性的要求。在左、右立柱上设置有导轨，用于安装结构件装配接头定位装置，结构件装配接头定位装置可以沿立柱上的导轨上下精确移动（即沿X轴），结构件装配接头定位装置自身可以沿水平方向左右伸缩（即在立面XOY上平行于Y轴方向左右伸缩），在结构件装配接头定位装置的伸缩端安装有两个位移传感器，分别用于指示结构件装配接头定位装置的上下位置（即X坐标）和水平位置（即Y坐标）；

上下横梁固定安装在立柱上，横梁须机械加工，保持高的线性度和力学刚性；在上、下横梁上设置有导轨，在导轨上设置有卡板定位和旋转机构13，用于卡板9上下两端的安装、定位及其移动；卡板9安装在上横梁上，卡板下端可以定位，也可以以上端为轴心旋转打开（即卡板有两个位置，一是工作位置，二是非工作位置或打开位置），便于工件的进出。卡板9可以沿水平方向左右移动（即在立面XOY上沿Y轴方向左右移动），以满足卡板定位需要，在卡板9上下两端均安装有位移传感器，分别用于指示卡板上下两端的水平位置（即Y坐标）；在每个卡板9上安装有若干个飞机外形定位柱12，在飞机外形定位柱12上安装有定位柱定位机构10、定位柱导向驱动机构11，飞机外形定位柱12可以沿水平方向前后伸缩（即沿Z轴方向前后伸缩），以满足装配需要，在飞机外形定位柱12的伸缩端安装有位移传感器，用于指示飞机外形定位柱的前后位置（即Z坐标）。

本发明还提供了一种自适应柔性飞机装配方法，包括如下步骤：

步骤一、确定飞机装配型架三维空间坐标：

依据飞机工艺和部件装配工艺分配，确定每个型架的左右立柱和上下横梁的尺寸大小，确保立柱和横梁同时满足飞机部件在三维空间所需尺寸大小和型架力学刚性的要求，型架尺寸确定之后，型架三维空间坐标就已经确定了；型架尺寸确定后，卡板尺寸就可以确定了。

步骤二、在型架的左右立柱上安装结构件装配接头定位装置，在上下横梁安装卡板，在卡板上安装飞机外形定位柱，在型架立柱、卡板和外形定位柱上安装位移传感器，用于精确测量相应机构在型架三维坐标系的三维尺寸数据，位移传感器的定位精度小于0.1mm。  

步骤三、读取与装配工序有关的数学模型数据；

步骤四、利用空间坐标变换计算方法，对数学模型数据进行坐标变换处理，将数学模型数据变换到步骤一确定的型架坐标系中；

步骤五、根据所要装配部件的外形尺寸复杂程度和装配工艺文件要求，确定飞机部件连接定位点数量、卡板数量、卡板定位柱数量；

步骤六、计算机根据步骤四转换后的数学模型数据自动生成全部定位点三维坐标数据；

步骤七、计算机发出指令，令相应机构的驱动机构驱动各相应机构移动到各个定位点确定的位置，在移动过程中计算机通过各个传感器实时传输的各相应机构的位置实际数据和部件装配需要的数学模型数据进行比对计算，直至各相应机构到达所需位置为止。

Claims (4)

1.一种自适应柔性飞机装配装置，其特征在于：包括左、右立柱和上、下横梁；在左、右立柱上设置有导轨，在导轨上安装有可上下移动的结构件装配接头定位装置，所述结构件装配接头定位装置自身可沿水平方向左右伸缩；在所述结构件装配接头定位装置的伸缩端安装有两个位移传感器；上下横梁固定安装在立柱上，在上、下横梁上设置有导轨，在导轨上设置有卡板定位和旋转机构，卡板上端安装在上横梁上；卡板可沿水平方向左右移动，在卡板上下两端均安装有位移传感器；在每个卡板上安装有飞机外形定位柱，在飞机外形定位柱上安装有定位柱定位机构、定位柱导向驱动机构，飞机外形定位柱可沿水平方向前后伸缩，在飞机外形定位柱的伸缩端安装有位移传感器。

2.根据权利要求1所述的一种自适应柔性飞机装配装置，其特征在于：所述卡板下端可定位在下横梁上，也可以卡板上端为轴心旋转打开。

3.一种自适应柔性飞机装配方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、确定飞机装配型架三维空间：

依据飞机工艺和部件装配工艺分配，确定每个型架的左右立柱和上下横梁的尺寸大小，确保立柱和横梁同时满足飞机部件在三维空间所需尺寸大小和型架力学刚性的要求，同时确定卡板尺寸；

步骤二、在型架的左右立柱上安装结构件装配接头定位装置，在上下横梁上安装卡板，在卡板上安装飞机外形定位柱，在型架立柱、卡板和外形定位柱上安装位移传感器；  

步骤三、读取与装配工序有关的数学模型数据；

步骤四、利用空间坐标变换计算方法，对数学模型数据进行坐标变换处理，将数学模型数据变换到步骤一确定的型架三维空间坐标系中；

步骤五、根据所要装配部件的外形尺寸复杂程度和装配工艺文件要求，确定飞机部件连接定位点数量、卡板数量、卡板定位柱数量；

步骤六、计算机根据步骤四转换后的数学模型数据自动生成全部定位点三维坐标数据；

步骤七、计算机发出指令，令相应机构的驱动机构驱动各相应机构移动到各个定位点确定的位置，在移动过程中计算机通过各个传感器实时传输的各相应机构的位置实际数据和部件装配需要的数学模型数据进行比对计算，直至各相应机构到达所需位置为止。

4.根据权利要求3所述的一种自适应柔性飞机装配方法，其特征在于：所述位移传感器的定位精度小于0.1mm。