CN104698983A - 一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法，包括柔性预装配控制系统、测量系统及多个分散的系统，对各系统集成控制，实现对不同控制原理、离散的多个控制系统之间的协调管理,通过信息数据集成处理，实现各系统信息采集和控制运行；在壁板柔性预装配过程中，控制系统接收激光跟踪仪测量系统、工装本身的位置反馈信息、传感器发出的位置反馈指令，通过数据处理转换为控制指令，并将控制指令下发到数字化柔性工装各轴的现场设备控制器，驱动相应的伺服电机到达指定位置，实现定位、测量的一体化操作。同时，现场设备控制器将设备实时运行状态反馈到控制系统，实现现场监控和仿真处理的闭环控制。

Description

一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及飞机制造工艺装备与自动控制领域，具体地说,涉及一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法。

背景技术

柔性装配工装是为免除设计和制造各种产品装配专用的传统装配型架/夹具，降低工装制造成本，缩短工装准备周期，同时大幅度提高装配生产效率而采取的一种基于产品数字量的尺寸协调体系、可重组的模块化、自动化装配工装系统。

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。调姿、对接步骤为:1)将移动托架固定到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。其优点在于:实现飞机部件的数字化调姿和对接；应用适应性强。但该控制方法无法用于多种类飞机部件的装配，即设备装配能力的柔性不够，难以适应于飞机部件的装配要求。

发明专利CN102075125A中提出一种数控机床多轴联动伺服控制系统的控制方法，一台电动机为主电动机，其余为从电动机；主电动机接收输入信号，从电动机共享主电动机的输出信号作为其输入信号；主电动机的给定位置参考量与从电动机位置反馈差值的调整量做比较后，作为被同步电动机的位置参考量，从而完成位置同步控制。控制方法提高了数控机床的控制精度和严格同步的控制要求，利用控制技术以及控制策略实现控制目的，解决多轴联动数控机床的核心问题。该控制技术主要用于数控机床，本身整体制造能力有限，不适用于飞机数字化工装的专用类机床设备。

专利CN201654531U涉及一种基于工控机的机器人伺服控制系统，工控机根据运行脚本的要求，将机器人的每个动作部位的脚本曲线的位置与实际位置进行比较分析，发出相应的多路动作控制信号；分别与工控机相连的多路伺服装置，其中每一路都控制机器人的一个动作部位，并根据对应的一路动作控制信号驱动机器人的对应动作部位执行相应动作；多个位移传感器，其中每一个都邻近机器人的一个动作部位设置并连接到工控机，用于检测对应的动作部位实际位置，并发送给工控机。通过工控机作为数据运算处理器，以及油缸伺服装置来控制机器人，系统可完成点位控制和连续轨迹控制功能。但该工控机的机器人伺服控制系统在多机器人协作能力上较差，不适用于多机器人之间的使命决策。

发明内容

为了避免现有技术中存在的不足,克服飞机壁板预装配时，使用一套刚性工装不能满足多种壁板预装配的问题，本发明提出一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法；控制系统能实现飞机不同类型壁板的预装配工作，通过信息数据集成处理，各系统平稳运行，实现信息采集和控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统，其特征在于包括柔性预装配控制系统、测量系统及多个分散系统，对各系统集成控制实现对不同控制、离散的多个控制系统之间的协调管理，通过信息数据集成处理，实现各系统信息采集和控制运行；在壁板柔性预装配过程中，控制系统接收激光跟踪仪测量系统、工装本身的位置反馈信息、传感器发出的位置反馈指令，通过数据处理转换为控制指令，并将控制指令下发到数字化柔性工装各轴现场设备控制器，驱动相应的伺服电机到达指定位置，实现定位、测量一体化操作,设备控制器将实时运行状态反馈到控制系统，实现监控和仿真处理的闭环控制。

一种采用所述飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统进行集成控制的方法，具体步骤如下:

步骤1.在工控机选择工作模式，工控机的后台自动提取数学模型，其中包括逻辑控制参数与运动控制参数；

步骤2.在工控机的数据分析模块对参数进行分析，确定数据类型；

步骤3.工控机的数据处理模块对各类型的参数进行处理，获得柔性工装集成控制器所能读取的逻辑控制参数与运动控制参数；

步骤4.将参数传递到柔性工装集成控制器，其中，可编程逻辑控制器根据逻辑参数选择对应的逻辑块进行逻辑控制，并由可编程逻辑控制器将当前运行的逻辑块的运动参数分配给伺服运动控制器进行伺服运动控制，以及分配给阀岛进行气动运动控制；

步骤5.通过全闭环伺服运动单元与半闭环伺服运动单元的驱动，实现柔性工装定位器在空间XYZ方向的定位，并由气动运动单元控制柔性工装定位器的定位动作，在整个柔性工装定位器定位过程中根据反馈的压力传感器采集的数值保证定位力的合理性；

步骤6.激光跟踪仪实时对柔性工装定位器进行测量，并将实测值传回至工控机；

步骤7.对实测值进行柔性工装定位器的定位准确度判断，准确则开始制孔，否则回到由数据处理模块重新进行处理。

有益效果

本发明提出的飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法，包括柔性预装配控制系统、测量系统及多个分散的系统，对各系统集成控制，实现对不同控制原理、离散的多个控制系统之间的协调管理,通过信息数据集成处理，实现各系统信息采集和控制运行；在壁板柔性预装配过程中，控制系统接收激光跟踪仪测量系统、工装本身的位置反馈信息、传感器发出的位置反馈指令，通过数据处理转换为控制指令，并将控制指令下发到数字化柔性工装各轴的现场设备控制器，驱动相应的伺服电机到达指定位置，实现定位、测量一体化操作。同时，现场设备控制器将设备实时运行状态反馈到控制系统，实现现场监控和仿真处理的闭环控制。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法作进一步详细说明。

图1为飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统流程图。

图2为飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统工作示意图。

具体实施方式

本实例是一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统及控制方法。

参阅图1、图2,飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统,能实现飞机不同类型壁板的预装配工作，通过信息数据集成处理，实现各系统平稳运行，以及实现信息采集和控制。

壁板的预定位通过柔性预装配工装配合激光跟踪仪来实现，制孔工作由人工操作。控制系统将柔性预装配工装系统和激光跟踪仪测量系统集成在一个平台下，协调完成壁板的预定位和制孔工作。飞机壁板柔性预装配控制系统运行时，系统控制平台从激光跟踪仪测量系统读取柔性预装配工装上定位器基准点的实时数据信息，将数据转换到飞机机体坐标系下与理论数据进行分析计算，将分析计算得到的误差数据转换到工装坐标系下，得到工装各轴的调整量并转换成控制信息传递给柔性预装配工装系统运动控制器；运动控制器将得到的信息转换成驱动信息，驱动各轴伺服电机运行。同时柔性预装配工装各轴配有的光栅尺对各轴的运行状态进行实时测量，并对数据信息进行分析，反馈定位的补偿数据，完成精确定位。在完成骨架的装配和蒙皮的定位后，通过人工进行预装配制孔。

飞机壁板数字化柔性装配定位验证单元预装配控制系统，适用于不同机身壁板柔性预装配的定位控制；其包括三个层面:系统管理与监控层1、中间控制层2和现场执行层3。

系统管理与监控层1主要由工控机4中的精确数学模型5、数据分析模块6以及数据处理模块7组成，其中精确数学模型5根据用户选择工作模式来提取，数据处理模块7向柔性工装集成控制器9提供控制参数，同时从柔性工装集成控制器9和激光跟踪仪8提取参数对系统进行修正。

中间控制层2包括激光跟踪仪8和柔性工装集成控制器9。激光跟踪仪8实时测量柔性工装定位器的位置值，传入工控机4中。柔性工装集成控制器9以可编程逻辑控制器11为核心，从工控机4中接收控制参数，协调伺服运动控制器10和阀岛12，使柔性工装集成控制器9可控制全闭环伺服运动单元13、半闭环伺服运动单元17以及气动伺服单元21进行运动，同时采集全闭环伺服运动单元13、半闭环伺服运动单元17、气动伺服单元21以及压力传感器20的工作状态。

现场执行层3由全闭环伺服运动单元13、半闭环伺服运动单元17、气动伺服单元21以及压力传感器20组成。全闭环伺服运动单元13包括相对编码伺服电机14、绝对编码器光栅尺15以及全闭环伺服运动接近开关16，相对编码伺服电机14直接驱动柔性工装定位器24的X方向和Z方向位置，绝对编码器光栅尺15以及全闭环伺服运动接近开关16反馈柔性工装定位器24的X方向和Z方向位置。半闭环伺服运动单元17包括绝对编码伺服电机18以及半闭环伺服运动接近开关19，绝对编码伺服电机18直接驱动柔性工装定位器24的Y方向位置，绝对编码伺服电机18以及半闭环伺服运动接近开关19反馈柔性工装定位器24的Y方向位置。压力传感器20用于反馈柔性工装定位器24定位飞机长桁时所受到的压力。气动运动单元21包括用于驱动柔性工装定位器24定位动作的气缸22，以及反馈柔性工装定位器24定位状态的气缸运动接近开关23。

采用飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统进行集成控制的方法，具体步骤如下:

步骤1、用户在工控机4选择工作模式，工控机4的后台自动提取精确数学模型5，其中,主要包括逻辑控制参数与运动控制参数。

步骤2、在工控机4的数据分析模块6对参数进行分析，确定数据类型。

步骤3、在工控机4的数据处理模块7对各类型的参数进行处理，获得柔性工装集成控制器9所能读取的逻辑控制参数与运动控制参数。

步骤4、将参数传递到柔性工装集成控制器9，其中可编程逻辑控制器11根据逻辑参数选择对应的逻辑块进行逻辑控制，并由可编程逻辑控制器将当前运行的逻辑块的运动参数分配给伺服运动控制器10进行伺服运动控制，以及分配给阀岛12进行气动运动控制。

步骤5、通过全闭环伺服运动单元13与半闭环伺服运动单元17的驱动，实现柔性工装定位器24在空间XYZ方向的定位，并由气动运动单元21控制柔性工装定位器24的定位动作，在整个柔性工装定位器24定位过程中根据反馈的压力传感器20采集的数值保证定位力的合理性。

步骤6、激光跟踪仪8实时对柔性工装定位器24进行测量，并将实测值传回工控机4。

步骤7、对实测值进行柔性工装定位器24的定位准确度判断，准确则开始制孔，否则回到由步骤3中数据处理模块7重新进行处理。

Claims (2)

1.一种飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统，其特征在于:包括柔性预装配控制系统、测量系统及多个分散系统，对各系统集成控制实现对不同控制、离散的多个控制系统之间的协调管理，通过信息数据集成处理，实现各系统信息采集和控制运行；在壁板柔性预装配过程中，控制系统接收激光跟踪仪测量系统、工装本身的位置反馈信息、传感器发出的位置反馈指令，通过数据处理转换为控制指令，并将控制指令下发到数字化柔性工装各轴现场设备控制器，驱动相应的伺服电机到达指定位置，实现定位、测量一体化操作,设备控制器将实时运行状态反馈到控制系统，实现监控和仿真处理的闭环控制。

2.一种采用权利要求1所述飞机壁板组件预定位柔性工装控制系统进行集成控制的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.在工控机选择工作模式，工控机的后台自动提取数学模型，其中包括逻辑控制参数与运动控制参数；

步骤2.在工控机的数据分析模块对参数进行分析，确定数据类型；

步骤3.工控机的数据处理模块对各类型的参数进行处理，获得柔性工装集成控制器所能读取的逻辑控制参数与运动控制参数；

步骤4.将参数传递到柔性工装集成控制器，其中，可编程逻辑控制器根据逻辑参数选择对应的逻辑块进行逻辑控制，并由可编程逻辑控制器将当前运行的逻辑块的运动参数分配给伺服运动控制器进行伺服运动控制，以及分配给阀岛进行气动运动控制；

步骤5.通过全闭环伺服运动单元与半闭环伺服运动单元的驱动，实现柔性工装定位器在空间XYZ方向的定位，并由气动运动单元控制柔性工装定位器的定位动作，在整个柔性工装定位器定位过程中根据反馈的压力传感器采集的数值保证定位力的合理性；

步骤6.激光跟踪仪实时对柔性工装定位器进行测量，并将实测值传回至工控机；

步骤7.对实测值进行柔性工装定位器的定位准确度判断，准确则开始制孔，否则回到由数据处理模块重新进行处理。