CN103542818A - 一种壁板类零件检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壁板类零件检测装置，包括，框架，所述的框架包括两条平行的第一侧边，以及垂直于第一侧边两条平行的第二侧边组成的矩形结构；用于支撑框架的支撑立柱，固定于四个侧边上；固定于框架上用于检测待测零件的检测部，所述的检测部垂直设置于框架的两个第一侧边之间；所述的两个第一侧边之间，垂直于第二侧边均匀设置有至少一个中间横梁，所述中间横梁两端固定连接于第二侧边；以及固定于框架上用于支撑待测零件的支撑装置，所述的支撑装置平行于检测部设置于框架的两个第二侧边之间。本发明改变了传统刚性检测工装的检测模式，节约了研制大量工装的成本及时间，加快了检测的速度。

Description

一种壁板类零件检测装置

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种壁板类零件检测装置。

背景技术

飞行器整体壁板类零件属于飞行器的基体构架，直接决定着飞行器的整体外形是否符合空气动力学的规律要求，所以其对于整体曲面的制造精度要求较高。飞行器整体壁板类零件相对飞行器的其他钣金件(诸如旋压件、拉伸件、钣弯件等)来说具有如下特点：整体结构曲率变化平缓；壁薄；刚性差。

飞行器整体壁板类零件(附图1)的检测通常是根据理论数学模型按照一定的规律制造出相应的样板，然后将样板准确定位固定在型架骨架上，模拟出被检测零件的理论外形，再通过比对零件装配线得出零件是否合格。显然这种方法无法对型面的整体特征作出准确的判断，只是满足了基本装配要求，无法准确检测出实际加工出的曲面和设计的理论曲面之间的差异。更重要的是，这种刚性型架重构性差，检测模式只能采用一个零件对应一套工装的一对一模式。因此，对于一个飞行器产品，需要设计制造大量检测工装，延长了飞行器的制造周期，耗费了巨大的人力，物力，财力、浪费了厂房空间。

为了解决飞行器大型薄壁件的加工检测问题，西方国家的技术人员进行了多年的研究工作，开发了各种柔性装配检测工具技术。例如1990年，美国的Rohr Industriers，Incl公司开发了柔性机器人工作单元，用于机身部件的装配。同样为了免除设计和制造各种零部件的制造装配和检测的专用固定型架、夹具，提高产品的生产质量，缩短产品制造周期，西班牙M.Torres集团公司开发了自己的飞行器柔性装配工具，并大量用于生产中。

在国外飞行器壁板类组件的装配中，工装多采用多点阵真空吸盘式柔性工装。这种工装由一组立柱真空吸盘组成，吸盘在控制程序控制下，可实现三维移动定位，生成与壁板组件曲面完全符合且分布均匀的吸附点阵，从而精确可靠的定位和夹持壁板。当产品发生变化时，吸附点阵自动进行数字化调整，可以适应不同的外形要求。这种多点阵真空吸盘式柔性工装不仅具有很好的柔性而且定位精度高，但与国内目前以刚性检测工装为主体的现状工艺方法相差太大，同时以我国当今的技术力量将此类工装直接应用于生成确实比较难。

三坐标测量机是20世纪60年代后期发展起来的一种高效精密测量仪器。它广泛应用于制造业，特别适用于测量箱体类零件、模具、电子线路板、发动机零件、特殊曲面外壳等。它具有互成直角的三个测量方向，可以精确测量其工作范围内的任意点坐标。但是由于其整体结构刚性差、测量幅面较小，无法满足壁板类零件一般幅面较大，薄壁需支撑定位，再进行测量的要求。

发明内容

本发明的技术方案是：一种壁板类零件检测装置，包括，框架，所述的框架包括两条平行的第一侧边，以及垂直于第一侧边两条平行的第二侧边组成的矩形结构；用于支撑框架的支撑立柱，固定于四个侧边上；固定于框架上用于检测待测零件的检测部，所述的检测部垂直设置于框架的两个第一侧边之间；所述的两个第一侧边之间，垂直于第二侧边均匀设置有至少一个中间横梁，所述中间横梁两端固定连接于第二侧边；以及固定于框架上用于支撑待测零件的支撑装置，所述的支撑装置平行于检测部设置于框架的两个第二侧边之间。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的支撑装置至少是三个，所述的检测部至少是一个。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的支撑装置包括支撑杆，所述支撑杆的一端与用于实现支撑杆沿竖直方向运动的第一伺服电机直联，所述支撑杆位于两平行横梁之间，所述的横梁上设置有直线导轨，所述的直线导轨上均设置有至少一个滑块，所述滑块与齿条对应的位置有一通孔，通孔下方设置有一齿轮，齿轮穿过通孔连接有一第二伺服电机，所述横梁上平行于直线导轨方向设置有齿条，与所述滑块上的齿轮相啮合。所述横梁平行于直线导轨还设置有一光栅尺；所述的滑块开有一通孔，通孔内设置有一滚珠丝杠副。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的支撑立柱为高度可调的精密千斤顶。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的检测部包括一横板，横板上固定有一副直线导轨，所述直线导轨分别固定于两个第一侧边及中间横梁上，所述第一侧边方向与直线导轨平行设置有一齿条，所述横板靠近框架外侧设置有齿轮及与之直联的伺服电机，所述横板与横梁连接处固定有一伺服电机及滚珠丝杠，另一端设有一挡板，所述滚珠丝杠上连接有一滑块，通过第三伺服电机及滚珠丝杠可实现滑块沿第二侧边的精确移动，所述滑块上有一孔，通过该孔所述的滚珠丝杠依次连接有滚珠丝杠副、第四伺服电机，所述滚珠丝杆的顶端与可伸缩测量杆相连接，所述可伸缩测量杆的另一端与Renishaw标配探头直接连接。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述支撑杆的顶端设有一空腔，支撑杆通过所述的空腔连接有一橡胶皮碗。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的伺服电机是高精度自锁式伺服电机。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的框架上还设置有吊环。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的直线导轨是滚动直线滑轨。

本发明的技术效果是：本发明一种壁板类零件检测装置，改变了传统刚性检测工装的检测模式，特别是在飞机制造领域的应用，从而节约了研制大量工装的成本及时间，加快了检测的速度。可自动化完成整个检测过程，无需人工干涉，保证了检测结果的精确性，同时实现了检测结果的量化，对于设计师整体优化设计方案提供了参考依据。本发明对于我国现阶段飞行器的检测提出了一种新型思路，使得精确控制飞行器的整体外形成为可能，使之更加符合空气动力学原理，从而提高飞行器其他的性能，如：飞行速度、整体重量等。

附图说明

图1飞行器整体壁板类零件分类及示意图。

图2检测装置检测部结构示意图。

图3检测装置立体图。

图4立柱支撑部分及检测装置的放大示意图。

图5运动系统原理图。

图6立柱支撑部分原理图。

图中，1、框架，101、第一侧边，102、第二侧边，2、支撑立柱，3、检测部，301、横板，302、挡板，303、Renishaw标配探头，304、第三伺服电机，305、第四伺服电机，306、滚珠丝杠，4中间横梁，5支撑装置，501、支撑杆，502、第一伺服电机，503横梁，504、直线导轨，505、第二伺服电机，506、光栅尺读数头，507、滚珠丝杠副，508、空腔，509、橡胶皮碗，510、光栅尺主尺，6、吊环，7、滑块，8、齿条，9、齿轮，10、待检测零件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图2-6所示的本发明一种壁板类零件检测装置，包括，框架1，所述的框架1包括两条平行的第一侧边101，以及垂直于第一侧边101两条平行的第二侧边102组成的矩形结构；用于支撑框架1的支撑立柱2，固定于四个侧边上；固定于框架1上用于检测待测零件的检测部3，所述的检测部3垂直设置于框架1的两个第一侧边101之间；所述的两个第一侧边101之间，垂直于第二侧边102均匀设置有至少一个中间横梁4，所述中间横梁4两端固定连接于第二侧边102；以及固定于框架1上用于支撑待测零件的支撑装置5，所述的支撑装置5平行于检测部3设置于框架1的两个第二侧边102之间。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的支撑装置5至少是三个，所述的检测部3至少是一个。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的支撑装置5包括支撑杆501，所述支撑杆501的一端与用于实现支撑杆501沿竖直方向运动的第一伺服电机502直联，所述支撑杆501位于两平行横梁503之间，所述的横梁503上设置有滚动直线滑轨，所述的直线导轨504上均设置有至少一个滑块7，所述滑块7与齿条8对应的位置有一通孔，通孔下方设置有一齿轮9，齿轮9穿过通孔连接有一第二伺服电机505，所述横梁503上平行于直线导轨504方向设置有齿条8，与所述滑块7上的齿轮9相啮合。所述横梁503平行于直线导轨504还设置有一光栅尺506；所述的滑块7开有一通孔，通孔内设置有一滚珠丝杠副507。所述的框架1上还设置有吊环6。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的支撑立柱2优选高度可调的精密千斤顶。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的检测部3包括一横板301，横板301上固定有一副直线导轨504，所述直线导轨504分别固定于两个第一侧边101及中间横梁4上，所述第一侧边101方向与直线导轨504平行设置有一齿条8，所述横板301靠近框架1外侧设置有齿轮9及与之直联的伺服电机，所述横板301与中间横梁4连接处固定有一伺服电机及滚珠丝杠306，另一端设有挡板302，所述滚珠丝杠306上连接有一滑块7，通过第三伺服电机304及滚珠丝杠306可实现滑块7沿第二侧边102的精确移动，所述滑块7上有一孔，通过该孔所述的滚珠丝杠306依次连接有滚珠丝杠副507、第四伺服电机305，所述滚珠丝杆的顶端与可伸缩测量杆相连接，所述可伸缩测量杆的另一端与Renishaw标配探头303直接连接。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述支撑杆501的顶端设有一空腔508，支撑杆501通过所述的空腔508连接有一橡胶皮碗509。

上述的一种壁板类零件检测装置，所述的伺服电机是高精度自锁式伺服电机。

以附图2所示4000X1200的飞机壁板为待检测零件10，我们首先按照坐标提取系统得出的点位坐标通过与该装置连接的控制系统的控制调节驱动附图4中各支撑杆501运动，运动过程用光栅副全程监控。当运动到预定的位置后，伺服电机自锁，防止窜动。我们根据零件的等宽线将零件通过相应的起吊设备定位于检测工装上，此时支撑杆501部分的橡胶皮碗509就将壁板牢牢吸附住了。接着通过控制附图4中各检测部3完成相应的运动：运动控制系统首先使Renishaw标配探头303回零，防止与零件表面相碰撞。完成这一步后，驱动检测部3完成X Y向的运动，最后完成Z向运动；当完成了第一个点的测量后，同样为了防止碰撞，先使Z轴运动到安全高度后，再完成X Y向的运动，当完成了所有点的测量后，同样要使检测探头缩回后将零件下架。对于这个飞机壁板零件，我们是将测量的工作区域划分成若干块，每一个区域内均有一个测量装置。分别完成各自的测量工作。在检测完成后，我们将所得测量数据导入计算机中，通过分析得出测量结论。

如附图5所示支撑杆501部分所要实现的运动的原理图：即通过伺服电机来提供动力源，水平方向的运动是通过齿轮9齿条8的传动来实现，可是由于齿轮9传动的误差比较大，无法达到精确传动的目的，所以我们采用安设光栅尺506和读数头510进行光栅检测来进行运动的反馈；同样，由于普通直线滑轨的摩擦系数大，所以我们采用可以和普通直线滑轨承载力相当但摩擦系数仅为0.02的滚动直线滑轨，这样一来，就实现了水平方向准确快速的移动定位，对于竖直方向的运动，采用与支撑杆501部分直连的滚珠丝杠副(507)，滚珠丝杠306通过和可自锁的第二伺服电机(505)直连，这样就可以实现支撑竖直方向的精确定位，并防止由于竖直方向的重力影响导致的支撑杆501下移。立柱支撑部分顶端结构如附图6所示，其顶部是一个橡胶皮碗509，它可以在支座内沿任意角度摆动10°左右，并且可以通过和被测零件的相互挤压形成真空，从而实现对于整体壁板的准确定位及固定。

检测单元的运动分为沿水平方向的XY两个方向的运动和沿竖直方向的运动。为表述方便，我们将正对附图3时，检测工装竖直向上设定为Z轴的正向，沿工装长度方向向右设定为X轴正向，然后根据右手法则确定出Y向。为了实现XYZ三个方向的准确快速移动定位，我们将X向、Z向的运动设定为和立柱支撑部分水平方向、竖直方向一样的实现方式，但是为了使可检测区域尽可能的大一些，我们将Y向的运动设置为伺服电机和滚珠丝杆副直接相连的方式，这样就可以省去光栅检测的相应部件及控制系统。

以上所述仅是本发明的优选实现方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种壁板类零件检测装置，其特征是：包括，

框架(1)，所述的框架(1)包括两条平行的第一侧边(101)，以及垂直于第一侧边(101)两条平行的第二侧边(102)组成的矩形结构；

用于支撑框架(1)的支撑立柱(2)，固定于四个侧边上；

固定于框架(1)上用于检测待测零件的检测部(3)，所述的检测部(3)垂直设置于框架(1)的两个第一侧边(101)之间；所述的两个第一侧边(101)之间，垂直于第二侧边(102)均匀设置有至少一个中间横梁(4)，所述中间横梁(4)两端固定连接于第二侧边(102)；

以及固定于框架(1)上用于支撑待测零件的支撑装置(5)，所述的支撑装置(5)平行于检测部(3)设置于框架(1)的两个第二侧边(102)之间。

2.根据权利要求1所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的支撑装置(5)至少是三个，所述的检测部(3)至少是一个。

3.根据权利要求1所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的支撑装置(5)包括支撑杆(501)，所述支撑杆(501)的一端与用于实现支撑杆(501)沿竖直方向运动的第一伺服电机(502)直联，所述支撑杆(501)位于两平行横梁(503)之间，所述的横梁(503)上均设置有一副直线导轨(504)，所述的直线导轨(504)上均设置有至少一个滑块(7)，所述滑块(7)与齿条(8)对应的位置有一通孔，通孔下方设置有一齿轮(9)，齿轮(9)穿过通孔连接有一第二伺服电机(505)，所述横梁(503)上平行于直线导轨(504)方向设置有齿条(8)，与所述滑块(7)上的齿轮(9)相啮合。所述横梁(503)平行于直线导轨(504)还设置有一光栅副；所述的滑块(7)开有一通孔，通孔内设置有一滚珠丝杠副(507)。

4.根据权利要求1所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的支撑立柱(2)为高度可调的精密千斤顶。

5.根据权利要求1所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的检测部(3)包括一横板(301)，横板(301)上固定有一副直线导轨(504)，所述直线导轨(504)分别固定于两个第一侧边(101)及中间横梁(4)上，所述第一侧边(101)方向与直线导轨(504)平行设置有一齿条(8)，所述横板(301)靠近框架(1)外侧设置有齿轮(9)及与之直联的伺服电机，所述横板(301)与中间横梁(4)连接处固定有一第三伺服电机(304)及滚珠丝杠(306)，另一端设有一挡板(302)，所述滚珠丝杠(306)上连接有一滑块(7)，通过第三伺服电机(304)及滚珠丝杠(306)可实现滑块(7)沿第二侧边(102)的精确移动，所述滑块(7)上有一孔，通过该孔所述的滚珠丝杠(306)的依次连接有滚珠丝杠副(507)、第四伺服电机(305)，所述滚珠丝杆的顶端与可伸缩测量杆相连接，所述可伸缩测量杆的另一端与Renishaw标配探头(303)直接连接。

6.根据权利要求3所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述支撑杆(501)的顶端设有一空腔(508)，支撑杆(501)通过所述的空腔(508)连接有一橡胶皮碗(509)。

7.根据权利要求3-6任一项所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的伺服电机是高精度自锁式伺服电机。

8.根据权利要求7所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的框架(1)上还设置有吊环(6)。

9.根据权利要求3、6或5所述的一种壁板类零件检测装置，其特征是：所述的直线导轨(504)是滚动直线滑轨。

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