CN104678900A - 一种机翼前襟装配柔性工装控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机翼前襟装配柔性工装控制系统，通过运动控制器控制SERCOS-III总线节点上的单轴伺服电机，实现整套机翼前襟装配柔性工装的运动控制，进行机翼前襟的数字化装配。控制系统包括与数字化柔性工装、激光跟踪仪和机器人制孔系统集成接口及软件集成平台，各系统协调运行；控制命令和状态返回信息实施在控制器和执行器单元之间交互；数字化柔性工装各轴为分布式的运动控制，由工控机对柔性工装若干个轴进行控制，其中每个轴均实现单独点位控制，每个轴配有光栅尺测得实际位置信号，反馈给控制系统，实现各轴的全闭环控制。通过改变机翼前襟数字化装配工艺，可进行不同动作的伺服控制，实现不同类型的机翼前襟的装配。

Description

一种机翼前襟装配柔性工装控制系统

技术领域

本发明涉及飞机制造与工艺装备及自动控制领域，具体地说,涉及一种机翼前襟装配柔性工装控制系统。

背景技术

飞机数字化柔性装配技术是作为装配对象的航空产品本身特征，基于飞机产品数字化定义，通过对飞机柔性装配流程、数字化装配技术、装配工装设计、装配工艺优化、自动定位与控制技术、数字化测量、自动钻孔、伺服控制与夹持，实现飞机零部件快速精确的定位和装配技术。

发明专利CN102001451A中公开了“一种基于四个数控定位器、调姿平台和移动托架的飞机部件调姿、对接系统及方法”。系统包括移动托架、调姿平台、数控定位器、数控定位器组导轨、上位机、球铰连接和激光跟踪仪。调姿、对接步骤为:1)将移动托架固定在调姿平台并用数控定位器支撑；2)机身段入位；3)建立现场装配坐标系和固结在机身段上的局部坐标系；4)测量并计算机身段A的当前姿态；5)数控定位器运动路径规划；6)机身段A姿态调整；7)测量对接孔坐标并计算机身段B的目标位姿；8)计算机身段B的当前位姿；9)机身段B姿态调整；10)机身段对接；11)系统复位；12)撤离移动托架。该系统及方法能实现飞机部件的数字化调姿和对接；适应性强；但无法应对多种型号类似的飞机部件装配，其柔性制造能力差，无法实现机翼前襟数字化柔性装配。

专利CN201966855U中涉及一种“基于EtherCAT网络的交流伺服控制系统”，包括支持EtherCAT协议的主站和多个从站，主站和多个从站相串联组成网段,并且主站位于网段的一端；支持EtherCAT协议的伺服驱动器和交流伺服电机；其中，每一从站对应一伺服驱动器和一交流伺服电机，三者相串联。系统中各组成部分均可支持EtherCAT协议，从而实现基于EtherCAT的伺服控制。使系统具有网络拓扑结构灵活，系统配置简单，高速、高效数据通信率的优势。该系统仅限于通过EtherCAT网络对伺服电机进行控制，难以实现基于光栅尺反馈的全闭环伺服控制。

发明专利CN202033637U中公开了“一种压力机的伺服控制系统”，驱动单元的输出电源端口与伺服电机连接，运动控制器的输出端口通过SSCNETIII高速光缆与驱动单元的输入端口连接且进行高速串行通讯，运动控制器的输入端与扩展基板连接，I/O混合模块及检测滑块位置量的高速计数模块、模数转换模块安装在扩展基板上；PLC输入端子排及PLC输出端子排分别接入I/O混合模块；角度传感器安装在压力机曲轴的端部，其信号线接入高速计数模块并将曲轴转过角度信号提供给高速计数模块；磁致伸缩位移传感器的活动磁环固定连接在压力机滑块上，其信号线接入模数转换模块并将滑块位移量信号提供给模数转换模块。该控制系统直接检测滑块位移量，形成闭环且检测分辨率可达0.01mm。该控制系统虽然伺服精度控制高，但伺服控制自由度低，难以用于复杂的伺服控制系统。

发明内容

针对现有技术中存在的机翼前襟装配时，使用一套刚性工装不能满足多种机翼前襟装配的问题，本发明提出一种机翼前襟装配柔性工装控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:机翼前襟装配柔性工装控制系统，通过运动控制器控制SERCOS-III总线节点上的单轴伺服电机，实现整套机翼前襟装配柔性工装的运动控制，进行机翼前襟的数字化装配，其特点是:控制系统包括与数字化柔性工装、激光跟踪仪和机器人制孔系统集成接口及软件集成平台，上层集成控制软件实现各系统协调运行；控制命令和状态返回信息实时在控制器和执行器单元之间进行交互,当上位机发送控制命令后，下位执行单元实时响应，现场设备的状态信息实时反馈给上位机；数字化柔性工装各轴为分布式的运动控制，由工控机对柔性工装若干个轴进行控制，其中每个轴均实现单独点位控制，各轴最大运行速度为0.02m/s，最大加速度为0.01m/s2；每个轴配有光栅尺测得实际位置信号，反馈给控制系统，实现各轴的全闭环控制；具体步骤如下:

(1)用户在工控机选择装配工艺，工控机的后台自动提取工艺参数，包括装配工艺的逻辑控制参数，坐标转换后的运动控制参数,装配工艺的逻辑控制参数由工控机控制，运动控制参数通过TCP/IP网络传递至运动控制器中；

(2)在运动控制器中，由TCP/IP网络通信模块传递来的运动控制参数通过运动控制模块的处理，生成全闭环伺服运动单元的运动参数，并通过SERCOS-III网络通信模块将命令传递至驱动器1#、驱动器2#直至驱动器26#；

(3)由若干个全闭环伺服运动单元通过驱动相应的柔性定位器,实现飞机机翼前襟装配件的定位；

(4)激光跟踪仪实时对柔性工装定位器与飞机机翼前襟装配件进行测量，并将实测值传回工控机；

(5)在工控机对实测值进行柔性工装定位器及飞机机翼前襟装配件的定位精度判断，定位精度符合要求则由工控机通过机器人控制器控制制孔机器人开始自动制孔，否则回到由步骤1中在工控机中生成修正的工艺参数，再继续进行。

有益效果

本发明提出的机翼前襟装配柔性工装控制系统，通过运动控制器控制SERCOS-III总线节点上的单轴伺服电机，实现整套机翼前襟装配柔性工装的运动控制，进行机翼前襟的数字化装配。控制系统包括与数字化柔性工装、激光跟踪仪和机器人制孔系统集成接口及软件集成平台，各系统协调运行；控制命令和状态返回信息实施在控制器和执行器单元之间交互,当上位机发送控制命令后，下位执行单元实时地响应，现场设备的状态信息实时地反馈给上位机；数字化柔性工装各轴为分布式的运动控制，由工控机对柔性工装若干个轴进行控制，其中每个轴均实现单独点位控制，每个轴配有光栅尺测得实际位置信号，反馈给控制系统，实现各轴的全闭环控制。通过改变机翼前襟数字化装配工艺，可进行不同动作的伺服控制，实现不同类型的机翼前襟的数字化装配。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种机翼前襟装配柔性工装控制系统作进一步详细说明。

图1为机翼前襟装配柔性工装控制系统示意图。

图2为机翼前襟装配柔性工装控制系统流程图。

具体实施方式

本实施例是一种机翼前襟装配柔性工装控制系统，通过运动控制器控制SERCOS-III总线节点上的单轴伺服电机，实现整套机翼前襟装配柔性工装的运动控制，进行机翼前襟的数字化装配。

参阅图1、图2,前缘襟翼柔性装配单元控制结构采用引入现场总线的多级分布式控制方式。

工控机1通过TCP/IP网络与运动控制器2、激光跟踪仪控制器6以及机器人控制器7进行控制命令与状态信息的通信。

工控机1通过TCP/IP网络与运动控制器2中的TCP/IP网络通信模块3相通信，经由运动控制模块4通过SERCOS-III网络通信模块5，向运动控制器2控制的所有全闭环伺服运动单元8的驱动器10发送运动控制命令，同时采集各个全闭环伺服运动单元8中驱动器10的运动状态信息，驱动器10驱动伺服电机11进行伺服运动同时采集伺服电机11中的电机状态信息，被驱动的伺服电机11通过导轨丝杠驱动柔性工装定位器12，通过对应柔性工装定位器12中光栅尺9的反馈实现柔性工装定位器12的全闭环精确定位控制。

柔性工装定位器12直接作用于飞机机翼前襟装配件15。柔性工装定位器12的定位过程以及飞机机翼前襟装配件15的装配状态通过激光跟踪仪13反馈至激光跟踪仪控制器6，最终通过TCP/IP网络反馈至工控机1上。工控机1通过TCP/IP网络向激光跟踪仪控制器6发出对激光跟踪仪13的建站、坐标转换命令，实现对柔性工装定位器12及飞机机翼前襟装配件15的精度测量。

结合激光跟踪仪控制器6反馈的柔性工装定位器12及飞机机翼前襟装配件15的空间状态及位置精度，工控机1通过机器人控制器7向制孔机器人14发布制孔命令，对飞机机翼前襟装配件15进行制孔装配；具体步骤如下:

步骤1、用户在工控机1选择装配工艺，工控机1的后台自动提取工艺参数，包括装配工艺的逻辑控制参数，坐标转换后的运动控制参数,其中,装配工艺的逻辑控制参数由工控机1进行控制，运动控制参数通过TCP/IP网络传递至运动控制器2中；

步骤2、在运动控制器2中由TCP/IP网络通信模块3传递来的运动控制参数通过运动控制模块4的处理，生成全闭环伺服运动单元8的运动参数，并通过SERCOS-III网络通信模块5将命令传递至驱动器1#、驱动器2#直至驱动器26#；

步骤3、由26个全闭环伺服运动单元8通过驱动相应的柔性定位器12,实现飞机机翼前襟装配件15的定位；

步骤4、激光跟踪仪13实时对柔性工装定位器12与飞机机翼前襟装配件15进行测量，并将实测值传回工控机1；

步骤5、在工控机1对实测值进行柔性工装定位器12及飞机机翼前襟装配件15的定位精度判断，定位精度符合要求则由工控机1通过机器人控制器7控制制孔机器人14开始自动制孔，否则回到由步骤1中在工控机1中生成修正的工艺参数，再继续进行。

Claims (1)

1.一种机翼前襟装配柔性工装控制系统，通过运动控制器控制SERCOS-III总线节点上的单轴伺服电机，实现整套机翼前襟装配柔性工装的运动控制，进行机翼前襟的数字化装配，其特征在于:控制系统包括与数字化柔性工装、激光跟踪仪和机器人制孔系统集成接口及软件集成平台，上层集成控制软件实现各系统协调运行；控制命令和状态返回信息实时在控制器和执行器单元之间进行交互,当上位机发送控制命令后，下位执行单元实时响应，现场设备的状态信息实时反馈给上位机；数字化柔性工装各轴为分布式的运动控制，由工控机对柔性工装若干个轴进行控制，其中每个轴均实现单独点位控制，各轴最大运行速度为0.02m/s，最大加速度为0.01m/s²；每个轴配有光栅尺测得实际位置信号，反馈给控制系统，实现各轴的全闭环控制；具体步骤如下:

(1)用户在工控机选择装配工艺，工控机的后台自动提取工艺参数，包括装配工艺的逻辑控制参数，坐标转换后的运动控制参数,装配工艺的逻辑控制参数由工控机控制，运动控制参数通过TCP/IP网络传递至运动控制器中；

(2)在运动控制器中，由TCP/IP网络通信模块传递来的运动控制参数通过运动控制模块的处理，生成全闭环伺服运动单元的运动参数，并通过SERCOS-III网络通信模块将命令传递至驱动器1#、驱动器2#直至驱动器26#；

(3)由若干个全闭环伺服运动单元通过驱动相应的柔性定位器,实现飞机机翼前襟装配件的定位；

(4)激光跟踪仪实时对柔性工装定位器与飞机机翼前襟装配件进行测量，并将实测值传回工控机；

(5)在工控机对实测值进行柔性工装定位器及飞机机翼前襟装配件的定位精度判断，定位精度符合要求则由工控机通过机器人控制器控制制孔机器人开始自动制孔，否则回到由步骤1中在工控机中生成修正的工艺参数，再继续进行。