CN107063103A - 一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置,通过激光跟踪仪精确调整定位球头的空间位置，实现不同大小、外形的曲面薄壁件的柔性定位，定位后变形情况的整体测量以及薄壁件定位布局的柔性调节。X向工作台为各部件提供支撑；Y向双轴心导轨模块位于X向工作台上的T型导槽内实现X向移动；Z向定位伸缩立柱模块与双轴心导轨上面的Y向滑块固连，Y向滑块沿双轴心导轨实现Y向移动；Z向定位伸缩立柱模块通过手轮驱动滚珠丝杠，带动光轴实现Z向移动。激光跟踪仪用于辅助调节定位球头位置，使若干定位球头形成一个柔性定位曲面。激光扫描仪用于扫描定位后实验薄壁件外形轮廓。实验装置结构简单、安装便捷，可操作性强。

Description

一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置

技术领域

本发明涉及飞机工艺装备技术领域，具体地说，涉及一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置。

背景技术

飞机产品中越来越广泛的采用低相对密度、高强度的薄壁结构件，这是由于薄壁件具有重量轻、强度高、材料省、受力状态好、几何造型流畅、便于加工等优点。然而典型薄壁零件多为大尺寸、弱刚度的曲面类薄壁结构件，因而存在易变形、难定位的问题，从而决定了在定位过程中极易产生变形影响飞机产品最终质量。

传统的刚性工装是根据薄壁件的曲面来制造出与之有相同曲面形状的实体模胎或者定位卡板来对这类零件进行定位和夹紧，但必须针对不同的零件、不同的工艺制造出不同的专用工装，其不足是互换性差，设计、制造、运输、存储以及管理需要耗费庞大的人力物力并且不利于新产品的研制和单件小批量生产，严重制约着飞机制造业的发展。

文献“Variation simulation for deformable sheet metal assemblies usingfinite element methods”(1997年Liu S C，Hu S J发表于Journal of ManufacturingScience&Engineering)提出“N-2-1”定位原理。近年，基于“N-2-1”定位原理的多点柔性定位工装得到了广泛的研究与重视，其主要作用就是在制造过程中保证薄壁件的准确定位并限制其过多的变形，同时能够适应不同大小、不同外形薄壁件的柔性定位。

目前已有的集真空气压、控制、机械为一体的全自动柔性定位工装，采用伺服电机实现多定位支撑单元之间的距离调整，其结构复杂、设计制造难度大、精度不稳定，同时缺乏定位后的外形检测装置。如专利CN103100889B公开了一种多点柔性定位工装，该定位工装包括多个直角坐标式柔性支撑模块和基座，通过伺服电机驱动各支承模块的X方向、Y方向、Z方向往复运动，完成薄壁零件的定位。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置。该实验装置可进行曲面薄壁件的准确定位、定位后变形情况的整体测量以及薄壁件定位布局的柔性调节；实验装置结构简单、安装便捷，成本低，可操作性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括X向工作台、Y向双轴心导轨模块、Z向定位伸缩立柱模块、激光扫描仪、激光跟踪仪，其特征在于Y向双轴心导轨模块包括六角螺栓、双轴心导轨、锁紧块、Y向滑块、滑块限位螺栓；Z向定位伸缩立柱模块包括光轴、滚珠导套、滚珠丝杠、滑块组件、手轮、定位球头；所述X向工作台为上述部件提供支撑，X向工作台上表面分布有多道轴向T型导槽，用于安装Y向双轴心导轨模块；激光跟踪仪与激光扫描仪分别位于X向工作台的同一侧面；所述Y向双轴心导轨模块为多组，双轴心导轨通过六角螺栓和锁紧块安装在X向工作台上的T型导槽内，且沿T型导槽实现X向移动，Y向滑块分布在双轴心导轨上面，且与双轴心导轨配合安装，双轴心导轨两端分别有滑块限位螺栓；所述Z向定位伸缩立柱模块通过转接板和螺栓与双轴心导轨上面的Y向滑块固连，Y向滑块沿双轴心导轨滑动，实现Y向移动；滚珠丝杠安装在转接板上，滑块组件与滚珠丝杠配合安装，滚珠导套固定在转接板的侧面端部，光轴一端有靶标座放置孔和球头连接外螺纹，靶标座放置孔用于放置激光跟踪仪靶标座，球头连接外螺纹用于连接定位球头，光轴另一端穿过滚珠导套与滑块组件固连，手轮安装在滚珠丝杠一端，通过调节手轮带动滚珠丝杠转动，并带动光轴做往复运动，实现Z向移动；激光跟踪仪用于辅助调节定位球头位置，并使若干定位球头形成一个柔性定位曲面，激光扫描仪用于扫描定位后薄壁件外形轮廓；其测量方法包括以下步骤:

步骤1.调节Y向双轴心导轨模块、Y向滑块和定位球头位置，并打开激光跟踪仪，进行预热；

步骤2.将定位球头从光轴上卸下，激光跟踪仪靶标座插入激光跟踪仪靶标放置孔，并将激光跟踪仪靶标放置在激光跟踪仪靶标座上；

步骤3.用激光跟踪仪靶标将激光跟踪仪测量点引导至激光跟踪仪靶标座处；

步骤4.通过激光跟踪仪，调节定位球头X向、Y向和Z向位置，并进行微调，将待检测薄壁件放置在定位球头位置；

步骤5.重复上述步骤2、步骤3、步骤4，将各定位球头进行微调，完成定位点布局调节；

步骤6.利用激光扫描仪对定位后的待检测薄壁件进行扫描；

步骤7.记录并分析实验中采集的数据；利用分析后的数据对定位布局进行评价，完成实验。

有益效果

本发明提出的一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置,通过激光跟踪仪精确调整定位球头的空间位置，实现不同大小、外形的曲面薄壁件的柔性定位，定位后变形情况的整体测量以及薄壁件定位布局的柔性调节；X向工作台为各部件提供支撑；Y向双轴心导轨模块位于X向工作台上的T型导槽内实现X向移动；Z向定位伸缩立柱模块与双轴心导轨上面的Y向滑块固连，Y向滑块沿双轴心导轨实现Y向移动；Z向定位伸缩立柱模块通过手轮驱动滚珠丝杠，带动光轴实现Z向移动。实验装置结构简单、安装便捷，可操作性强。

本发明薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置,通过激光跟踪仪精确调整定位球头的空间位置，受装置部件的加工精度影响较低。采用激光扫描仪对实验薄壁件进行外形扫描，能准确的测量薄壁件在定位过程中变形情况，从而得出定位点数目、定位点位置对薄壁件定位变形量的影响；实验装置可操作性和普及性较强。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置作进一步详细说明。

图1为本发明薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置结构示意图。

图2a为Y向双轴心导轨模块示意图。

图2b为Y向双轴心导轨模块中的滑块限位螺栓安装部位放大图。

图3为Z向定位伸缩立柱模块示意图。

图4为光轴与激光跟踪仪靶标座、激光跟踪仪靶标装配示意图。

图5a为光轴与定位球头装配示意图。

图5b为定位球头A-A向剖视图。

图6为双轴心导轨与X向工作台安装部位示意图。

图中:

1.X向工作台 2.Y向双轴心导轨模块 3.Z向定位伸缩立柱模块 4.激光扫描仪5.激光跟踪仪 6.T型导槽 7.六角螺栓 8.双轴心导轨 9.锁紧块 10.Y向滑块11.光轴 12.滚珠导套 13.滚珠丝杠 14.滑块组件 15.手轮 16.靶标座放置孔17.球头连接外螺纹 18.激光跟踪仪靶标座 19.激光跟踪仪靶标 20.定位球头21.滑块限位螺栓

具体实施方式

本实施例是一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置。

参阅图1～图6，本实施例薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置，由X向工作台1、Y向双轴心导轨模块2、Z向定位伸缩立柱模块3、激光扫描仪4、激光跟踪仪5组成，其中,Y向双轴心导轨模块2包括六角螺栓7、双轴心导轨8、锁紧块9、Y向滑块10、滑块限位螺栓21；Z向定位伸缩立柱模块包括光轴11、滚珠导套12、滚珠丝杠13、滑块组件14、手轮15。X向工作台1为上述部件提供支撑；X向工作台1上表面分布有多道轴向T型导槽6，用于安装Y向双轴心导轨模块2。激光跟踪仪5和激光扫描仪4分别安装在X向工作台1的同一侧面。Y向双轴心导轨模块2为多组，双轴心导轨8通过六角螺栓7和锁紧块9安装在X向工作台1上的T型导槽6内，且沿T型导槽6实现X向移动。Y向滑块10分布在双轴心导轨8上面，且与双轴心导轨8配合安装。双轴心导轨8两端分别有滑块限位螺栓21。Z向定位伸缩立柱模块3通过转接板和螺栓与双轴心导轨8上面的Y向滑块10固定连接，Y向滑块10沿双轴心导轨8滑动，实现Y向移动。滚珠丝杠13安装在转接板上,滑块组件14与滚珠丝杠13配合安装。光轴11一端加工有靶标座放置孔16和球头连接外螺纹17，靶标座放置孔16用于放置激光跟踪仪靶标座18。球头连接外螺纹17用于连接定位球头20。光轴11另一端穿过滚珠导套12与滑块组件14固定连接。手轮15安装在滚珠丝杠13一端，通过调节手轮15带动滚珠丝杠13转动，并带动光轴11做往复运动，实现Z向移动。激光跟踪仪5用于辅助调节定位球头20位置，并使若干定位球头20形成一个柔性定位曲面；激光扫描仪4用于扫描定位后薄壁件外形轮廓。

其测量方法包括以下步骤:

第一步.调节Y向双轴心导轨模块2、Y向滑块10和定位球头20位置,并打开激光跟踪仪5进行预热；

第二步.将定位球头20从光轴11上卸下,将激光跟踪仪靶标座18插入激光跟踪仪靶标放置孔16；并将激光跟踪仪靶标19放置于激光跟踪仪靶标座18上；

第三步.用激光跟踪仪靶标19将激光跟踪仪5测量点引导至激光跟踪仪靶标座18处；

第四步.借助激光跟踪仪5，调节定位球头20X向、Y向和Z向位置；用激光跟踪仪5进行微调，调节各Y向双轴心导轨模块2、Y向滑块10和定位球头20，将待检测薄壁件放置于定位球头20位置；

第五步.重复上述第二步至第四，将各定位球头20进行微调，完成定位点布局调节；

第六步.利用激光扫描仪4对定位后的待检测薄壁件进行扫描；

第七步.记录并分析试验中采集的数据；利用分析后的数据对定位布局进行评价，完成实验。

本实施例中,X向工作台1为长方体，采用铸铁材料。工作台上部表面为精加工平面，加工有多道轴向T型导槽6用于安装Y向双轴心导轨模块2。T型导槽6用于固定Y向双轴心导轨模块2，并使Y向双轴心导轨模块2沿T型导槽6移动，控制位于光轴11上的定位球头10的X向移动，从而调节薄壁件的定位点X向位置。激光扫描仪4采用HandySCAN700激光扫描仪；激光跟踪仪5采用API-T3激光跟踪仪。

Y向滑块10沿双轴心导轨8滑动，并由滑块限位螺栓21限制于双轴心导轨8上不至滑出，用于控制位于光轴11上的定位球头20的Y向移动，从而调节薄壁件的定位点Y向位置。

激光跟踪仪靶标座18用来放置激光跟踪仪靶标19，通过激光跟踪仪5跟踪激光跟踪仪靶标19来定位各定位球头20位置。此时，Z向定位伸缩立柱模块3通过调节手轮15，带动滚珠丝杠13转动，进而带动定位球头20沿Z向做往复运动，从而调节薄壁件的定位点Z向位置。

T型导槽6、双轴心导轨8和Z向定位伸缩立柱模块3分别可调节定位球头20的X向、Y向和Z向位置。若干个定位球头20共同形成一个柔性定位曲面，从而对薄壁件进行柔性定位。完成薄壁件的定位后，用激光扫描仪4对薄壁件进行扫描，进而对定位布局进行评价。

薄壁件的扫描与定位布局评价步骤:

(1)将薄壁件放置于调节好的定位球头20上；

(2)将激光扫描仪反光点贴到薄壁件表面，打开电脑，打开数据采集软件，数据采集软件可采用与HandySCAN700激光扫描仪对应的VXelements：Creaform软件平台，也可采用其它激光扫描仪并采用对应的数据采集软件；打开激光扫描仪；

(3)打开数据采集软件的扫描软件模块，用激光扫描仪扫描薄壁件；

(4)将扫描的数据用CAD软件模块处理，生成其兼容CAD软件的文件格式；

(5)将生成的数模与理论数模进行对比，分析此定位布局下定位误差，评价此定位布局。

Claims (1)

1.一种薄壁件多点柔性定位与变形测量实验装置，包括X向工作台、Y向双轴心导轨模块、Z向定位伸缩立柱模块、激光扫描仪、激光跟踪仪，其特征在于:Y向双轴心导轨模块包括六角螺栓、双轴心导轨、锁紧块、Y向滑块、滑块限位螺栓；Z向定位伸缩立柱模块包括光轴、滚珠导套、滚珠丝杠、滑块组件、手轮、定位球头；所述X向工作台为上述部件提供支撑，X向工作台上表面分布有多道轴向T型导槽，用于安装Y向双轴心导轨模块；激光跟踪仪与激光扫描仪分别位于X向工作台的同一侧面；所述Y向双轴心导轨模块为多组，双轴心导轨通过六角螺栓和锁紧块安装在X向工作台上的T型导槽内，且沿T型导槽实现X向移动，Y向滑块分布在双轴心导轨上面，且与双轴心导轨配合安装，双轴心导轨两端分别有滑块限位螺栓；所述Z向定位伸缩立柱模块通过转接板和螺栓与双轴心导轨上面的Y向滑块固连，Y向滑块沿双轴心导轨滑动，实现Y向移动；滚珠丝杠安装在转接板上，滑块组件与滚珠丝杠配合安装，滚珠导套固定在转接板的侧面端部，光轴一端有靶标座放置孔和球头连接外螺纹，靶标座放置孔用于放置激光跟踪仪靶标座，球头连接外螺纹用于连接定位球头，光轴另一端穿过滚珠导套与滑块组件固连，手轮安装在滚珠丝杠一端，通过调节手轮带动滚珠丝杠转动，并带动光轴做往复运动，实现Z向移动；激光跟踪仪用于辅助调节定位球头位置，并使若干定位球头形成一个柔性定位曲面，激光扫描仪用于扫描定位后薄壁件外形轮廓；其测量方法包括以下步骤:

步骤1.调节Y向双轴心导轨模块、Y向滑块和定位球头位置，并打开激光跟踪仪，进行预热；

步骤2.将定位球头从光轴上卸下，激光跟踪仪靶标座插入激光跟踪仪靶标放置孔，并将激光跟踪仪靶标放置在激光跟踪仪靶标座上；

步骤3.用激光跟踪仪靶标将激光跟踪仪测量点引导至激光跟踪仪靶标座处；

步骤4.通过激光跟踪仪，调节定位球头X向、Y向和Z向位置，并进行微调，将待检测薄壁件放置在定位球头位置；

步骤5.重复上述步骤2、步骤3、步骤4，将各定位球头进行微调，完成定位点布局调节；

步骤6.利用激光扫描仪对定位后的待检测薄壁件进行扫描；

步骤7.记录并分析实验中采集的数据；利用分析后的数据对定位布局进行评价，完成实验。