CN103373476B - 飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装及检测加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机制造及装配技术领域，提供了一种飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，包括底座平台、控制单元、纵向定位装置、纵向滑动导轨、竖向施力装置、横向定位装置、竖向支撑装置，所述竖向施力装置、横向定位装置和所述竖向支撑装置由所述控制单元控制，实现对飞机机翼复合材料整体壁板形面检测加工。本发明还提供了利用柔性工装对飞机机翼复合材料整体壁板形面进行检测加工的方法。本发明通过柔性定位方法及工装实现了对多种不同大型复合材料整体壁板关键特征点的空间定位，缩短了壁板质量检验周期，节约了成本，提高了生产效率及质量，通过建模和实现工装相配合的方式，使形面检测具有较高的准确度与自动化程度。

Description

飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装及检测加工方法

技术领域

本发明涉及飞机制造及装配技术领域，特别是一种飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装及检测加工方法。

背景技术

飞机机翼复合材料整体壁板制造是大飞机整体制造环节中的重要的一环。由于飞机机翼复合材料整体壁板存在外形尺寸大，长度常可达10-20m甚至更长，宽度为3-5m，外形复杂，常由马鞍形、双凸形等多种杂曲面构成，制造成形困难等特点，致使其在制造过程中易出现制造误差。而这些误差产生的后果有三种表现形式：第1种是形面直接符合技术要求，可以直接进行修边等机械加工；第2种是允许施加一定的力，使之产生变形，若能达到设计要求也可认为符合技术要求；第3种是即使通过施加一定的力也无法使机翼复合材料整体壁板满足要求，无法进行装配工序。

目前，传统的工装夹具无法较好的完成对各种形状复杂、尺寸较大的大型飞机机翼复合材料整体壁板进行检测和加工的工作，无法较好的满足现代飞机制造业低成本、高质量、快响应的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的一个目的是提供一种飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装,以期通过此工装实现对飞机机翼复合材料整体壁板形面的检测及加工；本发明的另一目的是提供使用上述柔性工装进行对飞机机翼复合材料整体壁板形面的检测加工方法，实现对飞机机翼复合材料整体壁板形面的进行有效地检测及加工。

根据本发明的一个方面，提供一种飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：包括底座平台和控制单元，所述底座平台为矩形结构，定义所述底座平台的长度方向为纵向，宽度方向为横向，垂直于底座平台的方向为竖向，在所述底座平台上靠近一个宽度的边上，设有纵向定位装置，在所述底座平台的长度方向的两侧边上设置纵向滑动导轨，在所述纵向滑动导轨上跨接多个竖向施力装置，所述竖向施力装置能够沿所述纵向滑动导轨纵向移动，在所述两个纵向滑动导轨的内侧，分别设置多个横向定位装置，在所述底座平台上矩阵式排列多个竖向支撑装置，所述竖向施力装置、横向定位装置和所述竖向支撑装置由所述控制单元控制。

优选地，所述纵向定位装置包括多个定位块，所述定位块固定设置在所述底座平台上靠近一个宽度的边上，所述定位块的定位面垂直于所述底座平台的长边。

优选地，所述定位块为3至5个，均布在所述底座平台上的宽度边上。

优选地，所述竖向施力装置为龙门形，包括两个立柱和一个横梁，所述立柱能够在所述纵向滑轨内移动，所述横梁能够在所述两个立柱上升降，所述横梁的下方设有滑轨，在所述滑轨上安装多个电动缸。

优选地，所述电动缸为3至5个，在每个电动缸的末端设置力传感器，所述力传感器电连接至所述控制单元。

优选地，所述立柱下方设置多个滑块，所述滑块可滑动设置在所述纵向滑轨内，所述滑块通过电机实现在所述纵向滑轨内滑动，所述电机由所述控制单元控制。

优选地，所述滑块为3个。

优选地，所述横梁的两端设有支柱，所述支柱连接电动机使横梁实现上下伸缩，所述电动机由所述控制单元控制。

优选地，所述横向定位装置包括横向导轨，在所述横向导轨上设置滑块，所述滑块上设置挡板，所述挡板的定位面垂直于所述横向导轨。

优选地，所述滑块通过电动机实现在所述横向导轨上滑动，所述电动机由所述控制单元控制。

优选地，所述滑块上设有锁紧机构。

优选地，所述竖向支撑装置包括固定设置在底座平台上的伸缩柱。

优选地，所述伸缩柱上端通过铰链设置一个可转动球头，所述球头的上方设有吸盘。

优选地，所述底座平台的长度为10至20米，宽度为2至5米。

优选地，所述竖向施力装置为5至8个，所述横向定位装置为10至20个。

优选地，所述竖向支撑装置形成的阵列位于所述纵向定位装置、横向定位装置围成的矩形区域内，所述阵列的行数为3至5，列数为30至50。

根据本发明的另一个方面，提供一种应用如权利要求1所述的柔性工装的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：在CAD环境中建立飞机机翼复合材料整体壁板模型和柔性工装模型；

第二步：在CAD环境中将所述飞机机翼复合材料整体壁板模型在所述柔性工装模型中定位，并得位置数据；

第三步：将飞机机翼复合材料整体壁板按照所述位置数据定位至所述柔性工装内；

第四步：对所述飞机机翼复合材料整体壁板进行形面检测，将检测数据与所述CAD环境中飞机机翼复合材料整体壁板模型的理论数据进行比对，判断检测数据与理论数据之间的偏差是否大于预设值，如是，则表示飞机机翼复合材料整体壁板的某位置存在制造误差，进入第五步，如否，则检测完成，进入第六步；

第五步：判断施力装置修正飞机机翼复合材料整体壁板的次数是否小于预设的次数，则是，通过所述施力装置对所述飞机机翼复合材料整体壁板的误差部位进行加力修正，返回第四步，如否，则完成检测，输出次品；

第六步：输出成品。

优选地，所述第六步中输出成品之前，还包括对所述飞机机翼复合材料整体壁板进行后续加工的方法。

优选地，所述后续加工的方法为修边加工。

优选地，所述第二步中的位置数据包括横向定位数据、纵向定位数据和竖向定位数据，所述第三步包括将所述飞机机翼复合材料整体壁板根据横向定位数据通过所述横向定位装置进行定位、将所述飞机机翼复合材料整体壁板根据纵向定位数据通过所述纵向定位装置进行定位、将所述飞机机翼复合材料整体壁板根据竖向定位数据通过所述竖向支撑装置进行定位的步骤。

优选地，所述竖向定位数据包括所述竖向支撑装置的位置高度和所述转动球头的转动角度。

优选地，所述第四步中对所述飞机机翼复合材料整体壁板进行形面检测是通过激光跟踪仪测量所述形面的关键点坐标完成的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过柔性定位方法及工装实现了对多种不同大型壁板关键特征点的空间定位，缩短了壁板质量检验周期，节约了成本，提高了生产效率及质量；本发明采用机电一体化及集成控制系统，包括了壁板CAD理论模型的空间定位，壁板实际空间位置的测量与壁板的形面检测，具有较高的准确度与自动化程度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的柔性工装的立体结构示意图；

图2为本发明的纵向定位装置在底座平台上的位置示意图；

图3为本发明的竖向施力装置在纵向轨道上的结构示意图；

图4为本发明的施力装置结构示意图；

图5为本发明的横向定位装置的结构示意图；

图6为本发明的竖向支撑装置的结构示意图；

图7为本发明的柔性工装放置壁板后的结构示意图；

图8为本发明的检测加工方法的流程图。

图中:1为柔性工装,2为底座平台,3为纵向定位装置,31为定位块,32为定位面,4为纵向滑动轨道,5为竖向施力装置,51为立柱,52为横梁,53为滑块竖向支撑装置，54为支柱，55为滑轨，56为电动缸，57为力传感器，6为横向定位装置，61为横向导轨，62为滑块，63为挡板，64为定位面，7为竖向支撑装置，71为伸缩柱，72为球头，73为吸盘，8为飞机机翼复合材料整体壁板，S01-S10为方法流程步骤。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了让本发明易于理解，本说明书中使用了一些方向性用语。需要说明的是，本说明书中所提到的方向性用语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等，是参考附图的方向，图中X正方向为右，X负方向为左，Y正方向为前，Y的负方向为后，Z正方向为上，Z负方向为下。使用的方向性用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明的保护范围。

参见图1，柔性工装1的底座平台2为矩形结构，定义底座平台2的长度方向迪卡尔座标系统的X方向，宽度方向为Y方向，垂直底座平台2的垂直方向为Z方向。将X方向定义为纵向，Y方向定义为横向，Z方向定义要竖向，底座平台2的长度为10至20米，宽度为2至5米。在底座平台2上靠近一个宽度的边上，设有纵向定位装置3，纵向定位装置3可以设置在底座平台2的两个宽度边的任一个宽度边上，空闲的宽度边为自由边。纵向定位装置3包括3至5个定位块31（参见图2），图中示出了3个定位块31的示例，3个定位块31均布在底座平台2的宽边上，定位块31的定位面32垂直于底座平台2并垂直于底座平台2的长边。定位块31成反L形，反L形定位块31的底边与底座平台2固定连接并紧靠底座平台2的宽度边，其侧边与底座平台2的侧边齐平。在底座平台2纵向两侧分别安装两个纵向滑动轨道4，纵向滑动轨道4紧挨底座平台2的两长边，纵向滑动轨道4从底座平台2的一个宽度边一直延伸到另一宽度边。在纵向滑动轨道4上设有竖向施力装置5，竖向施力装置5为龙门形，其包括两个立柱51和一个横梁52，立柱51能够在纵向滑动轨道4内移动，其结构为，在立柱51下方设置多个滑块53（参见图3），滑块53与立柱51固定连接，滑块53设置在纵向滑动轨道4的滑槽内，滑块53由电动机带动而产生滑动从而带动立柱51左右移动，电动机由一个控制单元进行控制。横梁52的两端设有支柱54（参见图4），两个支柱54分别与立柱51相配合，通过一个电动机使横梁53实现上下伸缩，电动机也有同一个控制单元控制。在横梁52的下方设有滑轨55，在滑轨55上安装3至5个电动缸56，图中示出的是4个电动缸56，电动缸56由控制单元控制，在每个电动缸56的末端设置力传感器57，力传感器57电连接至控制单元，控制单元根据力传感器57的信号反馈，控制电动缸56使电动缸56输出一个合适的压力。竖向施力装置5的数量为5至8个，图中示出的是7个。在两个纵向滑动导轨4的内侧，分别设置多个横向定位装置6，横向定位装置6包括横向导轨61，横向导轨61可选用工字钢固定设置在底座平台2上（参见图5），横向导轨61在底座平台2的两侧对称设置，在横向导轨61上设置滑块62，滑块62上设置挡板63，挡板63的宽度远小于底座平台2的宽度，约为底座平台2的宽度的十分之一，挡板63的定位面64垂直于横向导轨61。滑块62也由电动机驱动实现在横向导轨61上滑动，电动机也由控制单元控制。为防止定位后滑动，滑块62上设有锁紧机构。横向定位装置6选为10至20个，在图中，横向定位装置6的数量是竖向施力装置5的两倍，其位置位于竖向施力装置的相应位置。在底座平台2上排列设置多个竖向支撑装置7，竖向支撑装置7的数量为100到300个，竖向支撑装置7以矩阵形式排列在底座平台2上，竖向支撑装置7形成的阵列位于纵向定位装置3、横向定位装置4围成的矩形区域内，阵列的行数为3至5，列数为30至50。竖向支撑装置7包括固定设置在底座平台2上的伸缩柱71（参见图6），伸缩柱71上端通过铰链设置一个可转动的球头72，球头72的上方设有吸盘73。伸缩柱71为由电动机带支的电动伸缩柱。电动机由控制单元控制。控制单元由工控计算机及输入输出部件组成。用户通过指令指导控制单元对柔性工装1中的各个电动部件进行控制。

参见图7、8，在柔性工装1上对飞机机翼复合材料整体壁板8进行检测加工的过程如下。

应用如权利要求1的柔性工装的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：在CAD环境中建立飞机机翼复合材料整体壁板模型和柔性工装模型（图中步骤S01）。

第二步：在CAD环境中将飞机机翼复合材料整体壁板模型在柔性工装模型中定位，并得位置数据（图中步骤S01）。其中位置数据包括横向定位数据、纵向定位数据和竖向定位数据。竖向定位数据具体包括竖向支撑装置的位置高度和球头的转动角度等。这些数据分别用来指导横向定位装置4、纵向定位装置3和竖向支撑装置7对夹紧壁板所产生的位移量。

第三步：将飞机机翼复合材料整体壁板8按照位置数据定位至柔性工装内（图中步骤S03）。定位过程包括将飞机机翼复合材料整体壁板根据横向定位数据通过横向定位装置4进行定位、将飞机机翼复合材料整体壁板根据纵向定位数据通过纵向定位装置3进行定位、将飞机机翼复合材料整体壁板根据竖向定位数据通过竖向支撑装置7进行定位的相关步骤。

第四步：对飞机机翼复合材料整体壁板8进行形面检测（图中步骤S04），将检测数据与CAD环境中飞机机翼复合材料整体壁板模型的理论数据进行比对，判断检测数据与理论数据之间的偏差是否大于预设值（图中步骤S05），如是，则表示飞机机翼复合材料整体壁板8的某位置存在制造误差，进入第五步，如否，则完成检测，并可以对飞机机翼复合材料整体壁板8进行修边等后续加工（图中步骤S08），进入第六步。形面检测是通过激光跟踪仪测量形面的关键点坐标完成的。

第五步：判断竖向施力装置5修正飞机机翼复合材料整体壁板8的次数是否小于预设的次数（图中步骤S06），如是，则通过竖向施力装置5对飞机机翼复合材料整体壁板8的误差部位进行加力修正（图中步骤S07），返回第四步，如否，则完成检测，输出次品（图中步骤S09）。

第六步：输出成品（图中步骤S10）。完成检测后，还可以对飞机机翼复合材料整体壁板8进行后续加工。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (20)

1.一种飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，所述飞机机翼壁板为复合材料整体壁板，其特征在于：所述柔性工装包括底座平台和控制单元，所述底座平台为矩形结构，定义所述底座平台的长度方向为纵向，宽度方向为横向，垂直于底座平台的方向为竖向，在所述底座平台上靠近一个宽度的边上，设有纵向定位装置，在所述底座平台的长度方向的两侧边上设置纵向滑动导轨，在所述纵向滑动导轨上跨接多个竖向施力装置，所述竖向施力装置能够沿所述纵向滑动导轨纵向移动，在所述两个纵向滑动导轨的内侧，分别设置多个横向定位装置，在所述底座平台上矩阵式排列多个竖向支撑装置，所述竖向施力装置、横向定位装置和所述竖向支撑装置由所述控制单元控制；

所述横向定位装置包括横向导轨，在所述横向导轨上设置滑块，所述滑块上设置挡板，所述挡板的定位面垂直于所述横向导轨。

2.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述纵向定位装置包括多个定位块，所述定位块固定设置在所述底座平台上靠近一个宽度的边上，所述定位块的定位面垂直于所述底座平台的长边。

3.根据权利要求2所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述定位块为3至5个，均布在所述底座平台上的宽度边上。

4.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述竖向施力装置为龙门形，包括两个立柱和一个横梁，所述立柱能够在所述纵向滑轨内移动，所述横梁能够在所述两个立柱上升降，所述横梁的下方设有滑轨，在所述滑轨上安装多个电动缸。

5.根据权利要求4所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述电动缸为3至5个，在每个电动缸的末端设置力传感器，所述力传感器电连接至所述控制单元。

6.根据权利要求4所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述立柱下方设置多个滑块，所述滑块可滑动设置在所述纵向滑轨内，所述滑块通过电机实现在所述纵向滑轨内滑动，所述电机由所述控制单元控制。

7.根据权利要求6所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述立柱下方设置多个滑块，其滑块数量具体为3个。

8.根据权利要求4所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述横梁的两端设有支柱，所述支柱连接电动机使横梁实现上下伸缩，所述电动机由所述控制单元控制。

9.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述滑块通过电动机实现在所述横向导轨上滑动，所述电动机由所述控制单元控制。

10.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述滑块上设有锁紧机构。

11.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述竖向支撑装置包括固定设置在底座平台上的伸缩柱。

12.根据权利要求11所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述伸缩柱上端通过铰链设置一个可转动球头，所述球头的上方设有吸盘。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述底座平台的长度为10至20米，宽度为2至5米。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述竖向施力装置为5至8个，所述横向定位装置为10至20个。

15.根据权利要求1至12中任一项所述的飞机机翼壁板形面检测加工的柔性工装，其特征在于：所述竖向支撑装置形成的阵列位于所述纵向定位装置、横向定位装置围成的矩形区域内，所述阵列的行数为3至5，列数为30至50。

16.一种应用如权利要求1至15中任一项所述的柔性工装的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步：在CAD环境中建立飞机机翼复合材料整体壁板模型和柔性工装模型；

第二步：在CAD环境中将所述飞机机翼复合材料整体壁板模型在所述柔性工装模型中定位，并得位置数据；

第三步：将飞机机翼复合材料整体壁板按照所述位置数据定位至所述柔性工装内；

第四步：对所述飞机机翼复合材料整体壁板进行形面检测，将检测数据与所述CAD环境中飞机机翼复合材料整体壁板模型的理论数据进行比对，判断检测数据与理论数据之间的偏差是否大于预设值，如是，则表示飞机机翼复合材料整体壁板的某位置存在制造误差，进入第五步，如否，则完成检测，则进入第六步；

第五步：判断竖向施力装置修正飞机机翼复合材料整体壁板的次数是否小于预设的次数，则是，通过所述竖向施力装置对所述飞机机翼复合材料整体壁板的误差部位进行加力修正，返回第四步，如否，则完成检测，输出次品；

第六步：输出成品。

17.根据权利要求16所述的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：所述第六步中输出成品之前，还包括对所述飞机机翼复合材料整体壁板进行后续加工的方法。

18.根据权利要求17所述的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：所述后续加工的方法为修边加工。

19.根据权利要求16所述的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：所述第二步中的位置数据包括横向定位数据、纵向定位数据和竖向定位数据，所述第三步包括将所述飞机机翼复合材料整体壁板根据横向定位数据通过所述横向定位装置进行定位、将所述飞机机翼复合材料整体壁板根据纵向定位数据通过所述纵向定位装置进行定位、将所述飞机机翼复合材料整体壁板根据竖向定位数据通过所述竖向支撑装置进行定位的步骤。

20.根据权利要求16至19中任一项所述的检测加工飞机机翼复合材料整体壁板方法，其特征在于：所述第四步中对所述飞机机翼复合材料整体壁板进行形面检测是通过激光跟踪仪测量所述形面的关键点坐标完成的。