CN107161355A - 一种飞机机翼壁板数控定位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机机翼壁板数控定位器，属于飞机装配技术领域，该飞机机翼壁板数控定位器包括底座、安装在底座上的立柱及安装在立柱上的伸缩柱；伸缩柱的前端设有带导轨的安装座，安装座上设置有球头入位机构，球头入位机构的底部设有与导轨配合的滑块，导轨上还安装有固定滑块位置的锁紧机构。本发明的球头入位机构可以与工艺球头配合形成球铰连接，使工艺球头可在球头入位机构里自由转动，或更换真空吸附装置则可直接吸附固持对象。当机翼壁板因温度变化发生纵向变形时，滑块在导轨上滑动，适应机翼壁板在X向上的温度变形，从而提高设备的运动精度及定位精度。

Description

一种飞机机翼壁板数控定位器

技术领域

本发明涉及飞机装配技术领域，具体地说，涉及一种飞机机翼壁板数控定位器。

背景技术

飞机装配的主要任务是实现零部件之间的定位与连接。在数字化装配系统中，通常利用激光或摄影测量技术实现飞机大部件的测量与位姿计算，构建以数据为节点的飞机装配广义尺寸链，并由数控定位器作为执行机构实现其位姿调整。数控定位器是一种可以实现X、Y、Z三个坐标方向数控运动的模块化单元，处于同一部件定位系统的多个数控定位器可以实现同步协调运动。

单台数控定位器一般具有X、Y、Z三个运动自由度，多台数控定位器可协同运动构成六自由度调姿系统，实现飞机大部件的支撑与定位。飞机大部件调姿位置变动和运动速度较小，但其尺寸及质量较大、支撑点较少，有可能对定位器造成冲击。

传统飞机机翼壁板数控定位器缺乏应对机翼壁板在横向因温度变形造成的尺寸变化的能力，当温度变形较大时，影响设备运动精度及最终定位精度。

发明内容

本发明的目的为提供一种飞机机翼壁板数控定位器，该数控定位器能适应飞机机翼壁板因温度变化或其它原因产生的尺寸变化，以提高设备运动精度及最终定位精度。

为了实现上述目的，本发明提供的飞机机翼壁板数控定位器包括底座、安装在底座上的立柱及安装在立柱上的伸缩柱；伸缩柱的前端设有带导轨的安装座，安装座上设置有球头入位机构，球头入位机构的底部设有与导轨配合的滑块，导轨上还安装有固定滑块位置的锁紧机构。

上述技术方案中，球头入位机构可以与工艺球头配合形成球铰连接，使工艺球头可在球头入位机构里自由转动，或更换真空吸附装置则可直接吸附固持对象。当机翼壁板因温度变化发生纵向变形时，滑块在导轨上滑动，适应机翼壁板在X向上的温度变形，从而提高设备的运动精度及定位精度。

具体的方案为底座与立柱之间设有控制立柱相对所述底座沿纵向移动的底座Y向传动单元及控制立柱相对底座沿横向移动的底座X向传动单元；立柱与伸缩柱之间设有控制伸缩柱相对立柱沿横向移动的伸缩柱X向传动单元和控制伸缩柱相对立柱沿竖向移动的伸缩柱Z向传动单元，伸缩柱上设有用于调整伸缩柱在纵向的伸缩位置的伸缩柱Y向传动单元。

运用多轴协同运动技术，可以实现XYZ三个方向联动，同时XYZ三个方向可以实现同步联动控制；底座和伸缩柱可以分别沿X、Y方向移动，既可单独调整单个伸缩柱X、Y方向位置，也可移动底座运动单元同时调整定位器上两个伸缩柱X、Y方向的位置。保证工作安全性、稳定性及可靠性。

进一步具体的方案为底座X向传动单元、底座Y向传动单元、伸缩柱X传动单元及伸缩柱Z向传动单元均包括直线导轨、伺服电机、减速机和滚珠丝杠副；沿直线导轨方向设有光栅尺及限位开关；伺服电机带有抱闸制动；伸缩柱Y向传动单元包括沿伸缩柱布置的齿条、与齿条配合的齿轮以及驱动齿轮转动的驱动电机和减速器；齿轮、驱动电机及减速器安装在立柱上。

另一个具体的方案为球头入位机构内包括底板和球头夹紧装置，球头夹紧装置包括球托、弹性卡头、锁紧环、接近感应开关及三维力传感器。球托固定在底板上，中部为容纳球头的卡槽，卡槽内壁设有径向延伸的多个贯穿孔；弹性卡头滑动安装在对应的贯穿孔内，一端为延伸至所述贯穿孔外的受力部，另一端为可伸入所述卡槽内并卡紧工艺球头的卡紧部；锁紧环转动安装在卡头外周，内侧面与卡头的另一端抵接，锁紧环中部设有安装球托用的异形腔，异形腔的内壁抵住受力部，内壁分为径向深度渐变的若干弧面段，各弧面段在锁紧环转动时用以推动相应的弹性卡头锁紧工艺球头；接近感应开关用于检测锁紧环转动位置；三维力传感器用于检测球头位置。

球头夹紧装置具有一定的浮动夹紧特性，夹紧和松开时不破坏当前姿态。通过设置锁紧环的厚度变化，在锁紧环转动过程中，异形腔的内壁在不同的弧面段处厚度变化使所述卡头进出所述球面以锁紧或解锁球头，纯机械控制释放、防逃逸及锁紧，稳定可靠。通过接近感应开关实现对锁紧环不同设置的有效监测，从而提高锁紧的准确性。通过三维力传感器的受力反馈，实现球头位置的精确调整，进而将球头进行锁死控制。

进一步具体的方案为锁紧环上设有控制锁紧环运动的手轮。

另一个具体的方案为安装座两侧设有辅助伸缩柱伸缩的微调手柄。用于对球头夹紧装置的安装座进行微调后将其固定。

另一个具体的方案为底座的底部安装有高度调整机构，用于支撑和调整底座的高度，是底座处于平稳的状态。

进一步具体的方案为高度调整机构包括垫铁底座、支撑块、楔形块及调整螺栓；垫铁底座内部设有装配腔，装配腔内连接有一导向柱；支撑块套设在导向柱外，顶部支撑住底座，底部为一斜面；楔形块垫设在支撑块底部且可相对导向柱径向偏移，顶面为贴合支撑块底部的斜面；调整螺栓穿过装配腔的外壁，且端部伸入楔形块上的螺孔内，用于驱动楔形块发生偏移。

通过调节调整螺栓使楔形块沿连接柱的径向发生偏移移动，支撑块在斜面的作用下沿导向柱上下移动，从而改变支撑高度。

再一个具体的方案为锁紧机构包括沿导轨滑动的锁紧块，锁紧块内设有端部与导轨相抵的紧固螺钉。该机构结构简单，易于操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明可以实现三个相互垂直方向的运动，其工作行程大，定位精度高，刚度高，运行平稳，能够进行力和位置混合控制，保证工作安全、稳定、可靠。作为大部件定位调姿基础核心模块，通过合理配置可以构成满足不同工作性能要求的柔性调姿工装系统。

(2)通过一定配置的三个或四个大行程、高刚度、高精度三坐标定位器可构成具有不同工作性能的调姿系统，实现对机翼壁板的支撑和位姿调整，具有快速重构的特性；当机翼壁板因温度变化纵向变形时，滑块在导轨上滑动，适应机翼壁板X向上的温度变形；

(3)动单元在XYZ三个方向分别设计了限位开关和机械限位，在结构上提高了系统工作的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图；

图2为本发明实施例的主视图；

图3为本发明实施例的右视图；

图4为本发明实施例的球头入位机构与伸缩柱连接的局部轴测图；

图5为本发明实施例的伸缩柱的工作端示意图；

图6为本发明实施例的球头入位机构爆炸图

图7为本发明实施例的高度调整机构的立体图；

图8为本发明实施例的高度调整机构的A-A剖视图。

其中，01、工艺球头；1、高度调整机构；101、垫铁底座；102、支撑块；103、楔形块；104、调整螺栓；2、底座；3、Y向托板；4、底座Y向传动单元；5、底座X向传动单元；6、立柱；7、伸缩柱；8、伸缩柱X向传动单元；9、伸缩柱Z向传动单元；10、伸缩柱Y向传动单元；11、球头入位机构；12、安装座；13、导轨；14、锁紧机构；15、滑块；16、把手座；17、微调手柄；18、球头夹紧装置；19、手轮；20、长度计；21、球托；22、弹性卡头；23、锁紧环；24、三维力传感器。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1至图8，飞机机翼壁板数控定位器包括底座2、立柱6、伸缩柱7及安装在伸缩柱前端的球头入位机构11。其中，底座2和立柱6采用加筋铸件，以兼顾其刚度和质量。

底座2的底部安装有高度调整机构1，用于调整底座2的平稳性或对底座2的高度进行微调。高度调整机构1包括带有导向柱的垫铁底座101、套设在导向柱外的支撑块102、垫设在支撑块102底部的楔形块103以及调整螺栓104；垫铁底座101内部设有装配腔，导向柱设在装配腔内，支撑块102顶部支撑住底座2，底部为一斜面，楔形块103可相对导向柱径向偏移，顶面为贴合支撑块102底部的斜面，调整螺栓104穿过装配腔的外壁，且端部伸入楔形块103上的螺孔内，用于驱动楔形块103发生偏移。导向柱顶端设有螺纹，穿过底座的底面后通过螺母锁住。通过调节调整螺栓104使楔形块103沿连接柱的径向移动，支撑块102在楔形块103的作用下实现上下移动，从而改变支撑高度。

底座2与立柱6之间设有底座Y向传动单元4和底座X向传动单元5，底座Y向传动单元4包括与底座2滑动连接的Y向托板3及第一致动器，底座2的两侧设有纵向布置的直线导轨，Y向托板3上设有与该直线导轨配合的滑块。第一致动器包括安装在底座2内的伺服电机、减速机和滚珠丝杠副，用于驱动Y向托板3沿纵向布置的直线导轨方向往复移动。

立柱6与Y向托板3通过横向布置的导轨滑动连接，底座X向传动单元5包括伺服电机、减速机和滚珠丝杠副，用于驱动立柱6沿横向布置的直线导轨方向往复移动。

立柱6上安装有上下布置的两个伸缩柱7，可沿纵向伸缩运动。伸缩柱7与立柱6之间设有伸缩柱X向传动单元8和伸缩柱Z向传动单元9，用于调整伸缩柱7在横向和竖向的位置。伸缩柱X向传动单元8和伸缩柱Z向传动单元9均为直线导轨导向，并通过伺服电机、减速机和滚珠丝杠实现传动控制。

本实施例中，滚珠丝杠及伸缩柱上均设计了防护罩，保证其传动精度和寿命尽量不受环境影响。

伸缩柱7上设有伸缩柱Y向传动单元10，用于调整伸缩柱7在纵向的伸缩位置。伸缩柱Y向传动单元10包括沿伸缩柱布置的齿条、与齿条配合的齿轮以及驱动齿轮转动的驱动电机和减速器；齿轮、驱动电机及减速器安装在立柱上。

底座X向传动单元5，底座Y向传动单元4，伸缩柱X传动单元8，伸缩柱Y向传动单元10及伸缩柱Z向传动单元9均设有绝对直线光栅尺、限位开关和机械限位装置，通过绝对光栅尺的读数反馈实现全闭环控制，且其伺服电机均带有抱闸制动。控制系统通过伺服电机驱动卡控制伺服电机实现对定位器各传动单元装置的控制。

球头入位机构11的安装座12固定在伸缩柱7的前端，安装座12上设有沿X方向的两条导轨13，球头入位机构11的底部安装有与导轨13配合的滑块15，在导轨13上还安装有锁紧机构14，锁紧机构14包括沿导轨滑动的锁紧块，锁紧块内设有端部与导轨相抵的紧固螺钉。安装座12的两侧设有把手座16，用于安装微调手柄17。利用微调手柄17驱动球头入位机构11运动，完成机翼壁板工艺球头01相对于定位器的初步定位，同时对球头夹紧装置的安装座进行微调后将其固定。当机翼壁板因温度变化发生横向变形时，滑块15在导轨13上滑动，适应机翼壁板在X向上的温度变形。球头入位机构11设有底板和球头夹紧装置18，球头夹紧装置18包括固定在底板上的球托21、设置在球托21周围的弹性卡头22及转动安装在球托21外周的锁紧环23，锁紧环23上设有控制锁紧环运动的手轮19。球托中部为容纳球头的卡槽，卡槽内壁设有径向延伸的多个贯穿孔，三个卡头分别滑动安装在对应的贯穿孔内，一端为延伸至贯穿孔外的受力部，另一端为可伸入卡槽内并卡紧工艺球头01的卡紧部，锁紧环23中部设有安装球托用的异形腔，异形腔的内壁抵住受力部，内壁分为径向深度渐变的若干弧面段，各弧面段在锁紧环23转动时用以推动相应的弹性卡头22锁紧或松开工艺球头01。锁紧环23的内壁不同的弧面段的厚度变化以使锁紧环23转动过程中卡头进出球面以锁紧、防逃逸或解锁球头。球头夹紧装置18内还设有检测锁紧环23转动位置的接近感应开关和检测球头位置的三维力传感器24。球头夹紧装置18具有一定的浮动夹紧特性，夹紧和松开时不破坏当前姿态。通过设置锁紧环23的不同弧面段，使其厚度变化，在锁紧环23转动过程中，内侧外形的厚度变化使所述卡头进出所述球面以锁紧或解锁球头，纯机械控制释放、防逃逸及锁紧，稳定可靠。通过接近感应开关实现对锁紧环不同设置的有效监测，从而提高锁紧的准确性。通过三维力传感器24的受力反馈，实现球头位置的精确调整，进而将球头进行锁死控制。

沿导轨13的方向上设有长度计20，根据工艺球头的位置配置数控定位器的位置以完成入位，壁板上工艺球头和球头夹紧装置的安装座的位置是已知的，要完成工艺球头和球头夹紧装置的对合(球头入位)还需要知道球头夹紧装置相对于安装座的距离，该距离通过长度计20测量。

对机翼壁板进行调姿时，首先将数控定位器的球头入位机构的球托21调整到与装配在部件上的工艺球头理论安装位置相符。当装配部件吊装到位后，如果工艺球头的安装存在误差，可以通过球头夹紧装置18自动跟随入位的特性产生一定随动位移，由长度计20测得位移大小，并通过三坐标定位器在相应方向的运动实现各工艺球头入位。部件入位后，根据设计的路径规划算法，由控制系统驱动数控标定位器的协调运动实现大部件调姿。调姿过程中采用激光跟踪仪进行测量，并以此测量值计算大部件的姿态。装配部件调整到理想位置时，通过手轮19转动锁紧环23，转动过程中，由于锁紧环23内侧厚度的变化，同时在接近感应开关的监测下，锁紧环23进入防逃逸状态；通过三维力传感器24的信号反馈，判断工艺球头放入位置是否符合要求，并通过工艺球头位置微调进行校正；继续通过手轮19转动锁紧环，锁紧环23在接近感应开关的监测下，卡头对工艺球头进入锁死状态，即对工艺球头进行夹紧，保持部件姿态不发生变化，增加支撑的稳定性。

使用本发明的步骤如下：

1)根据定位器布局，移动定位器到达装配位置，构成调姿系统；

2)初步吊装壁板至待装配位置；

3)移动伸缩柱7，使球头入位机构初步进入预定工作位置；

4)驱动手轮19，工艺球头初步入位；

5)工艺球头入位机构计算机翼壁板工艺球头相对定位器的相对位置，进而驱动定位器进行位置补偿实现机翼壁板精确入位；

6)定位器组同步移动，托举机翼壁板到加工位置；

7)机翼壁板调整到位后，定位器的球头夹紧装置18锁紧工艺球头进行加工固持。

Claims (9)

1.一种飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

包括底座、安装在所述底座上的立柱及安装在所述立柱上的伸缩柱；

所述伸缩柱的前端设有带导轨的安装座，所述安装座上设置有球头入位机构，所述球头入位机构的底部设有与所述导轨配合的滑块，所述导轨上还安装有固定所述滑块位置的锁紧机构。

2.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述底座与所述立柱之间设有控制所述立柱相对所述底座沿纵向移动的底座Y向传动单元及控制所述立柱相对所述底座沿横向移动的底座X向传动单元；

所述立柱与所述伸缩柱之间设有控制所述伸缩柱相对所述立柱沿横向移动的伸缩柱X向传动单元和控制所述伸缩柱相对所述立柱沿竖向移动的伸缩柱Z向传动单元，所述伸缩柱上设有用于调整所述伸缩柱在纵向的伸缩位置的伸缩柱Y向传动单元。

3.根据权利要求2所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述底座X向传动单元、所述底座Y向传动单元、所述伸缩柱X传动单元及所述伸缩柱Z向传动单元均包括直线导轨、伺服电机、减速机和滚珠丝杠副；沿所述直线导轨方向设有光栅尺及限位开关；

所述伺服电机带有抱闸制动；

所述伸缩柱Y向传动单元包括沿所述伸缩柱布置的齿条、与所述齿条配合的齿轮以及驱动所述齿轮转动的驱动电机和减速器；

所述齿轮、所述驱动电机及所述减速器安装在所述立柱上。

4.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述球头入位机构包括底板和球头夹紧装置，所述球头夹紧装置包括：

球托，固定在所述底板上，中部为容纳工艺球头的卡槽，所述卡槽内壁设有径向延伸的多个贯穿孔；

弹性卡头，滑动安装在对应的贯穿孔内，一端为延伸至所述贯穿孔外的受力部，另一端为可伸入所述卡槽内并卡紧工艺球头的卡紧部；

锁紧环，中部设有安装所述球托用的异形腔，异形腔的内壁抵住所述受力部，所述内壁分为径向深度渐变的若干弧面段，各弧面段在锁紧环转动时用以推动相应的弹性卡头锁紧工艺球头；

接近感应开关，用于检测锁紧环转动位置；

三维力传感器，用于检测球头位置。

5.根据权利要求4所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述锁紧环上设有控制锁紧环运动的手轮。

6.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述安装座两侧设有辅助所述伸缩柱伸缩的微调手柄。

7.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述底座的底部安装有高度调整机构。

8.根据权利要求7所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述高度调整机构包括：

垫铁底座，内部设有装配腔，所述装配腔内连接有一导向柱；

支撑块，套设在所述导向柱外，顶部支撑住所述的底座，底部为一斜面；

楔形块，垫设在所述支撑块底部且可相对所述导向柱径向偏移，顶面为贴合所述支撑块底部的斜面；

调整螺栓，穿过所述装配腔的外壁，且端部伸入所述楔形块上的螺孔内，用于驱动所述楔形块发生偏移。

9.根据权利要求1所述的飞机机翼壁板数控定位器，其特征在于：

所述的锁紧机构包括沿导轨滑动的锁紧块，所述锁紧块内设有端部与导轨相抵的紧固螺钉。