CN106895968B - 一种飞机气动铆接过程验证装置和验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机气动铆接过程验证装置和验证方法，涉及工业装配制造领域，包括底座、前支架、中间支架、后支架、铆枪进给传动机构、铆枪夹紧装置、位置调整装置、传感器系统、顶铁和铆接板、铆钉、数据处理系统，实现了铆接过程偏差模拟，铆接力数据采集和处理以及对于铆接偏差模拟准确性的验证。本发明提供了一个应用于气动铆接过程模拟的工艺装备，可通过调整丝杆螺栓实现仿真板夹紧和放松，利用传感器对于铆接信号的实时采集，数据文件传输到上位机进行结果分析和评价，在显示平台上显示出铆接力与铆钉轴线在不同位移偏移和角度偏差下铆接的过程参数，提取出铆接合格与否的关键指标和偏差范围，可以应用于飞机铆接质量的在线监测。

Description

一种飞机气动铆接过程验证装置和验证方法

技术领域

本发明涉及航空航天运用气动铆接装配制造领域，是一种气动冲击铆接关键信号参数采集和数据处理装置，特别是一种铆接偏差模拟装置和铆接合格偏差范围获取的方法。

背景技术

在装配制造领域，机械连接是重要的组成部分，是将零散零件集成为多功用装备和系统的必要方法。为了保证零件装配成系统后具有高强度、长寿命，必须对于连接工艺进行研究。铆接作为机械连接的主要方式，具有低风阻系数、性能稳定、长寿命、良好密封性等优点而被广泛采用，尤其是航空航天领域。

目前，为了保证铆接质量的一致性，国外研发了自动钻铆设备，采用压铆的方式，但是由于其只能用于开敞部位和法向检测不准确等问题，使用受到很大限制，多用于开敞性良好的部位连接。因此，开敞性差的连接部位，只能采用气动铆接。气动铆枪机构简单、且结实轻便，目前国内气动铆接自动化水平较低，主要以人工手持铆枪铆接为主，铆接质量一致性不高。导致铆接质量分散性大的原因主要是铆接力大小、铆枪轴线与铆钉轴线的位移偏差和角度偏斜。如何快速、高效、准确的获取铆接位移偏差和角度偏斜对于铆接质量的影响，从而确定铆接合格的位移和角度偏差的合理范围成为核心问题。目前，所有的检测手段都是根据铆接之后的对于铆接变形后的铆钉进行，很难建立器铆接人员对于铆接合格时关键参数范围的感性意识，对于铆接人员的后续改进指导也没有太多实质性指导意义。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种飞机气动铆接过程模拟和验证装置，可以模拟不同位移偏差和角度偏斜对于铆接质量的影响，同时获取不同直径和不同材料铆钉的合格的位移和角度偏差范围。最后根据传感器系统采集数据对于铆接偏差的准确性进行验证。

发明内容

针对现有设备在铆接偏差对铆接质量影响、铆接合格时偏差范围获取方面的空白，本发明提供了飞机气动铆接过程模拟和验证装置，并以期通过此工装对于气动铆接冲击力大小、频率、角度偏斜三个重要参数进行测量，从而完成对于气动铆接过程的科学反映，提供一种检测铆接偏差对于铆接质量影响的方法，从而获取不同直径和材料的铆钉合格的偏差范围，同时利用传感器系统采集铆接力信号对铆接偏差的设定进行可靠性和准确性验证。

本发明公开了一种飞机气动铆接过程验证装置，包括底座、前支架、中间支架、后支架、铆枪进给传动机构、铆枪夹紧装置、位置调整装置、传感器系统、顶铁和铆接板、铆钉、数据处理系统。

进一步地，前支架上安装步进电机与丝杆相连，可以通过电机驱动实现丝杆的正反转动。

进一步地，所述铆枪夹紧装置，装置的三爪卡盘固定在移动平台上，移动平台与丝杆形成螺旋副，与导杆形成移动副；通过丝杆的定轴转动驱动移动平台沿着铆枪轴线方向移动，从而控制铆枪的进给控制。

进一步地，所述传感器系统包括一个三轴力学传感器位于顶铁的几何中心，与顶铁通过螺纹连接，用于直接检测顶铁传递的x、y、z三轴冲击力。

进一步地，所述传感器系统包括四个加速度传感器在以顶铁几何中心为圆心的圆周上均匀布置，分别位于三轴力传感器的坐标轴上，通过粘结方式进行定位，用于直接检测顶铁传递的z轴方向的冲击力，以反应铆接力出现偏斜角度的大小。

进一步地，后支架与三轴力传感器相连接，用于轴向固定，同时与位置调整装置相连接，用于顶铁的预定位置调整。

进一步地，所述位置调节装置用于横向的位移和角度的偏置，位置调整装置中的横向移动平台与横移电机的输出轴通过单线螺纹连接，螺纹升角小于3.5°；通过横移电机的定轴转动实现横移平台的横向移动，模拟位置偏移铆接工况；同时横移平台与外壳相连接。

进一步地，角度调整平台包括蜗轮蜗杆机构和转角电机组成，其中蜗轮与移动平台形成转动副，可以进行定轴回转；蜗轮上表面与后支架通过螺纹紧固件连接，保证不会出现相对位移；蜗杆与外壳形成转动副，可以绕着外壳上孔口定轴转动，同时与蜗轮啮合连接，驱动蜗杆转动；蜗杆采用单头蜗杆，用于蜗轮蜗杆机构的自锁。

进一步地，所述的导向装置采用轴孔配合，轴向定心精度高，传动装置采用螺纹传动，传动精度高同时保证自锁；导轨杆与传动丝杆采用等腰直角三角形布置，增强系统刚度。

本发明还提供了使用所述的飞机气动铆接过程验证装置的验证方法，包括如下步骤：

第一步：对于所述的传感器系统进行调零和校准；

第二步：对于所述的操作仿真板进行放钉和定位夹紧操作；

第三步：对于所述的位置调整装置进行移动偏置或者角度偏置设定；

第四步：在所述的操作仿真板上使用气动铆枪进行连续冲击铆接；

第五步：对所述的多功能顶铁进行铆接冲击力的x、y、z三轴分量的力学信号和整体加速度信号采集；

第六步：输出铆接结果和指导意见。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.通过控制位置调整平台，集成了铆接位置偏移和角度偏斜铆接工况的模拟，偏移的位置和角度具有连续性，模拟工况覆盖范围广。

2.设备角度偏差模拟和位置偏移模拟可以独立进行，可以检测单一角度偏斜或者位移偏差对于铆接质量的影响，以及每个因素影响的系数。

3.设备可以通过设定连续的角度偏斜和位移偏差来确定不同直径和不同材料铆钉连接，铆接合格时允许的偏差范围。

4.设备的传感器系统可以采集铆接力信息，计算出铆接力的位移和角度，从而对于设定的铆接偏差进行准确性和可靠性验证。同时还可以完成对于铆接冲击频率的影响。

本发明操作简单，可以快速实现铆接过程偏差模和验证、铆接合格偏差范围的获取，以及铆接偏差对于铆接质量的影响系数。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明一个较佳实施例的验证装置的整体结构示意图；

图2为本发明一个较佳实施例的夹紧装置结构示意图；

图3为本发明一个较佳实施例的位置调整装置结构示意图；

图4为本发明一个较佳实施例的传感器布置示意图；

图5为本发明一个较佳实施例的模拟验证过程示意图；

图6为本发明一个较佳实施例的模拟和验证的流程图；

图中:1底板,2为前支架，3为进给驱动电机，4为中间支架,5为铆枪,6为铆枪夹紧装置,6-1为导轨移动块，6-2为卡盘爪，6-3为三爪卡盘，7为铆接板，8为顶铁，9为三轴力传感器,10为后支架,11为位置调整装置,11-1为外壳，11-2为角度调整电机，11-3为蜗轮，11-4为移动滑块，11-5为蜗杆，12为加速度传感器，13为传动丝杆，14为导轨杆。

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。

如图1-图5所示，本发明所述技术方案提供一种飞机气动铆接过程模拟和验证装置，包括底座、前支架、中间支架、后支架、铆枪进给传动机构、铆枪夹紧装置、位置调整装置、传感器系统、顶铁和铆接板、铆钉、数据处理系统。

所述的底座、前支架、中间支架起到定位作用，与光滑圆柱杆组成导轨系统，为铆枪夹紧装置的轴向进给移动提供导轨支承。其中丝杆与圆柱杆形成90°夹角，可以有效保证导轨的刚度。

所述的铆枪夹紧装置包括三爪卡盘和导向块，三爪卡盘中心开孔，固定在导向块上，通过三个爪子夹紧铆枪，保证对中性。导向块中心也开孔，预留铆枪直径伸缩空间，同时导向块开两个光孔和一个螺纹孔，分别于圆柱杆和驱动丝杆相连，形成移动导向机构，保证铆枪沿轴线方向进给移动。其中螺纹孔采用单线螺纹，螺纹升角小于3.5°，保证自锁性能。

所述的位置调整装置包括横移平台和角度调整平台中的横向移动平台与横移电机的输出轴通过单线螺纹连接，螺纹升角小于3.5°，以保证自锁性能；通过横移电机的定轴转动，即可实现横移平台的横向移动，模拟位置偏移铆接工况；同时横移平台与外壳相连接，保证外壳与横移平台不存在相对移动，防止角度调整时基准移位。

所述的角度调整平台包括蜗轮蜗杆机构和转角电机组成。其中蜗轮与移动平台形成转动副，可以进行定轴回转；蜗轮上表面与后支架紧固连接，因为铆接板固定在后支架上，从而通过角度调整模拟角度偏斜铆接工况。蜗杆与外壳形成转动副，可以绕着外壳上孔口定轴转动，同时与蜗轮啮合连接，使得蜗杆能够驱动蜗轮转动；蜗杆采用单头蜗杆，可以实现蜗轮蜗杆机构的自锁。

所述的传感器系统包括一个三轴力传感器和四个加速度传感器。力传感器处于顶铁的几何中心，用于测量铆接力在x，y，z轴三个方向的分量。四个加速度传感器在一顶铁中心为几何中心的圆上面均匀分布，同时分别位于三轴力传感器的坐标轴上，用于测量四个位置处的加速度分量。通过比较四个加速度传感器的示数即可以确定铆接力是否出现偏斜或移位；结合三轴力传感器，可以确定处冲击力的大小的频率，综合起来判定铆接质量合格的偏差范围。

所述数据处理系统，是由上位机、显示器组成。上位机通过接收对应传感器传输的实时信号，按照既定的程序进行处理和计算，最终给出铆接力作用过程状态，对设定的铆接偏差进行可靠性和准确性验证。

如图6所示，本发明还提供了使用所述的飞机气动铆接过程验证装置的验证方法，包括：

模式一：实验验证方式

第一步：参见图1，启动电脑1的电源开关，进行相关传感器设备的调零操作。

第二步：参见图2，调整位置调整模块，确定模拟的位移偏差和角度偏斜工况类型。

第三步：调节三爪卡盘夹紧铆枪，之后启动丝杆驱动电机把移动铆枪到合适的铆接位置，准备铆接。

第四步：按压铆枪开关，铆枪进行冲击铆接。

第五步：在显示器检查铆接结果，与理论计算的结果做对比，验证偏差设定是否准确可靠。若结果一致，则说明偏差模拟准确，系统可靠；若相同，则重新调零，直至结果一致。

模式二：偏差模拟模式

第一步：参见图1，启动电脑1的电源开关，进行相关传感器设备的调零操作。

第二步：参见图2，调整位置调整模块，确定模拟的位移偏差和角度偏斜工况类型。

第三步：选择一种材料和厚度的铆接板，以及对应的铆钉(材料和尺寸)，安装夹紧。

第四步：调节三爪卡盘夹紧铆枪，之后启动丝杆驱动电机把移动铆枪到合适的铆接位置，准备铆接

第五步：按压铆枪开关，铆枪进行冲击铆接。

第六步：检查铆接结果，确定出铆接失效情况下，对应连接板和铆钉组合的允许偏差范围(角度偏斜和位移偏置)

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种飞机气动铆接过程验证装置，其特征在于，包括底座、前支架、中间支架、后支架、铆枪进给传动机构、铆枪夹紧装置、位置调整装置、传感器系统、顶铁和铆接板、铆钉、数据处理系统；

所述传感器系统包括一个三轴力学传感器位于顶铁的几何中心，与顶铁通过螺纹连接，用于测量铆接力在x、y、z轴三个方向的分量；

所述传感器系统包括四个加速度传感器在以顶铁几何中心为圆心的圆周上均匀布置，通过粘结方式进行定位，用于直接检测顶铁四个位置处的z轴方向加速度，以反应铆接力出现偏斜角度的大小。

2.如权利要求1所述的飞机气动铆接过程验证装置，其特征在于，前支架上安装步进电机与丝杆相连，可以通过电机驱动实现丝杆的正反转动。

3.如权利要求1所述的飞机气动铆接过程验证装置，其特征在于，所述铆枪夹紧装置的三爪卡盘固定在移动平台上，移动平台与丝杆形成螺旋副，与导杆形成移动副；通过丝杆的定轴转动驱动移动平台沿着铆枪轴线方向移动，从而控制铆枪的进给控制。

4.如权利要求1所述的飞机气动铆接过程验证装置，其特征在于，后支架与三轴力传感器相连接，用于轴向固定，同时与位置调整装置相连接，用于顶铁的预定位置调整。

5.如权利要求1所述的飞机气动铆接过程验证装置，其特征在于，所述位置调整装置包括横移平台、角度调整平台、横移电机以及外壳，所述角度调整平台用于角度的偏置，所述横移平台用于横向的位移，所述横移平台与所述横移电机的输出轴通过单线螺纹连接，螺纹升角小于3.5°；通过所述横移电机的定轴转动实现所述横移平台的横向移动，模拟位置偏移铆接工况；同时所述横移平台与外壳相连接。

6.使用如权利要求1至5中任一项所述的飞机气动铆接过程验证装置的验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：对于所述的传感器系统进行调零和校准；

第二步：对于操作仿真板进行放钉和定位夹紧操作；

第三步：对于所述的位置调整装置进行移动偏置或者角度偏置设定；

第四步：在所述的操作仿真板上使用气动铆枪进行连续冲击铆接；

第五步：对所述的顶铁进行四个加速度信号和铆接力的三个分量信号采集；

第六步：输出铆接结果和指导意见。