CN110937133B - 一种带压力监控的真空吸附电控伸缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，属于飞机装配技术领域，包括底座、与底座连接的安装套筒以及在安装套筒内伸缩活动的伸缩柱；伸缩柱的一端连接有驱动伸缩柱的驱动机构，另一端设置有盘面角度可调节的真空吸附单元；底座上设有检测伸缩柱所受压力的压力传感器，压力传感器用于发出控制伸缩柱的伸缩量的信号。通过压力传感器实时监测伸缩柱所受的压力值，通过该压力值控制伸缩柱的伸缩量，防止被吸附夹紧的壁板因压力值过高而产生超规形变。提高了装配质量。

Description

一种带压力监控的真空吸附电控伸缩装置

技术领域

本发明涉及飞机装配技术领域，具体地说，涉及一种带压力监控的真空吸附电控伸缩装置。

背景技术

飞机蒙皮的柔性装配技术已成为国内外航空企业及研究单位重点研究和发展的一项关键技术，应用前景十分广阔。飞机装配过程中对飞机蒙皮的外形、定位孔的形状及位置精度要求较高，为保证蒙皮的理论外形，目前传统装配方法多为使用的固定工装，一般使用专用的装配型架并且定位装置的设置方式也具有唯一性，因此所使用的工装存在品种多、适用性差、成本高等问题。

飞机装配具有零件形状复杂、气动外形要求严格以及精度要求高等特点，所以必须使用大量工装来保证装配质量。壁板类组件是构成飞机气动外形的主要结构件，具有尺寸大、刚度低、制造和装配精度高等特点，其装配精度直接影响后续机身、机翼部装和总装的装配质量，是保证飞机装配精度的基础。

由于壁板组件装配的质量要求与本身结构特点，国外各大飞机制造厂采用壁板组件先进装配技术，如波音、空客、法航及庞巴迪等大型军民用飞机的机身与机翼壁板组件、冀梁组件等广泛采用了先进装配工艺、自动钻铆、柔性装配及装配仿真分析等技术，快速实现并完成了壁板组件高质量、高效率及低成本的装配。

随着工装定位技术的发展，一些飞机蒙皮的柔性装配设备也被国内外飞机制造企业以及研究单位提出，例如公告号为CN205817666U的中国专利文献公开了一种飞机蒙皮柔性定位单元，可以实施对飞机蒙皮外形的柔性定位。包括框架、吸附单元、卡板；将一个吸附单元上的吸盘与外接抽真空回路连接，调整吸附单元位置，直至所有吸附单元位置确定。将飞机蒙皮贴合到已调整到位的所有吸附单元的吸盘上，蒙皮紧密吸附在吸盘上完成蒙皮定位。

该专利申请利用真空吸附原理，实现了定位单元在飞机壁板蒙皮的空间曲面调整对飞机壁板蒙皮的定位装配具有普遍适用性。但是此类设计在实现蒙皮的柔性定位过程中经常忽略两个问题，即吸附单元的盘面角度固定不能和其需要吸附紧贴的蒙皮自由曲面的角度契合，没有考虑对立柱受力情况进行实时监控，导致在装配过程由于立柱施加的轴向压力不足导致吸附点不到位、吸附不紧密或者轴向压力过大引起蒙皮的超规形变。

发明内容

本发明的目的为提供一种带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，能保证被吸附夹紧的壁板不产生超规的形变，实时监测伸缩立柱的轴向压力并对立柱的伸缩量进行调控，最终实现飞机蒙皮的柔性装配工作。

为了实现上述目的，本发明提供的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置包括底座、与底座连接的安装套筒以及在安装套筒内伸缩活动的伸缩柱；

伸缩柱的一端连接有驱动伸缩柱的驱动机构，另一端设置有盘面角度可调节的真空吸附单元；

底座上设有检测伸缩柱所受压力的压力传感器，压力传感器用于发出控制伸缩柱的伸缩量的信号。

上述技术方案中，通过压力传感器实时监测伸缩柱所受的压力值，通过该压力值控制伸缩柱的伸缩量，防止被吸附夹紧的壁板因压力值过高而产生超规形变。提高了装配质量。

作为优选，驱动机构包括：

固定在伸缩柱端部的丝杠螺母以及穿过丝杠螺母伸入伸缩柱内的滚珠丝杠；

驱动滚珠丝杠转动的动力机构，动力机构包括电机、固定在电机输出轴的主动轮、与滚珠丝杠相连的从动轮和绕设在两者上的传送带。

作为优选，滚珠丝杠上设有支撑环，安装套筒设有与支撑环相抵的轴承座；压力传感器设置在轴承座与底座之间。

为防止伸缩柱发生周向旋转，作为优选，伸缩柱与的安装套筒间设有配合的周向限位机构；周向限位机构包括伸缩柱上的限位键和安装套筒的内壁上与限位键滑动配合的导向槽。当导向槽为通槽时，可在导向槽的外侧装设挡板，以保证安装套筒腔与大气隔离，同时，在安装套筒开有导向槽的一侧设置密封垫，进一步提高密封性。

当运动产生时，滚珠丝杠会随着电机同步转动，滚珠丝杠只做自身转动，优选由一对推力球轴承承受产生的轴向推力，轴承座固定于底座上，不发生轴向的滑移，相对的，置于滚珠丝杠上的丝杠螺母将会沿着滚珠丝杠的轴向移动，由于丝杠螺母固定在伸缩柱体的底部，不会发生转动，则丝杠螺母可以托举伸缩柱在其轴向上下移动，实现电控伸缩。安装套筒可通过螺栓连接固定于底部托盘上。

作为优选，伸缩柱与安装套筒之间设有密封圈。伸缩柱在上下移动时与安装套筒活动密封。

作为优选，真空吸附组件包括吸盘、用于调节吸盘方向的方向调整单元和连接在伸缩柱顶端的定位座；方向调整单元包括：

内部中空的吸盘底座，上部安装有吸盘，底部为一球面；

衬板，上表面与球面活动贴合，下表面活动贴合在定位座的顶部球形凹腔内；

中心杆，一端连接在吸盘的背面，另一端依次穿过吸盘底座、衬板和定位座；

吸盘上设有通气孔，吸盘与定位座间设有与通气孔连通的真空气流通道。

通过吸盘底座固定吸盘，吸盘底座与衬板之间以及衬板和定位座之间可以相对活动，从而实现吸盘方向的调整，具体使用时，可将底座固定在吸附设备上，将吸盘贴合到飞机蒙皮上，对于一些曲面蒙皮，可通过吸盘的自适应调节角度，经抽真空后实现吸附作用。装置安装方便，且操作简单。

作为优选，中心杆上设有整体式的上轴套和分片式的下轴套，所述吸盘的中心设有与上轴套气密配合的第一中心孔，定位座设有与下轴套气密配合的第二中心孔。

作为优选，吸盘底座的顶部设有通气孔，吸盘底座的底部设有与中心杆间隙配合的第三中心孔，分片式的下轴套具有通气间隙，通气间隙、第三中心孔与中心杆之间的间隙、以及吸盘底座顶部的通气孔共同构成真空气流通道。

作为优选，伸缩柱为空心圆柱形，其侧壁上设有第一通气孔，第一通气孔通过伸缩柱的空腔与真空气流通道连通，安装套筒的侧壁上设有与第一通气孔连通的第二通气孔。第一通气孔与第二通气孔可通过软气管连接，实现筒腔抽真空。

为了实现真空吸附组件与伸缩柱之间的稳定连接，作为优选，定位座的底部设有与所述伸缩杆的顶部配合的安装槽，定位座上设有连通至安装槽且用于固定的切口，并设有垂直穿过切口的通孔，通孔内设有紧固螺钉。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，通过获取蒙皮曲面的配合要求以及压力传感器反馈的立柱所承受轴向的拉压力，控制驱动机构驱动，实现伸缩柱伸的缩量的控制，防止飞机蒙皮超规形变，实现飞机蒙皮的柔性装配工作。

附图说明

图1为本发明实施例的真空吸附电控伸缩装置的剖面图；

图2为本发明实施例的安装套筒的剖面图；

图3为本发明实施例的伸缩柱的剖面图；

图4为本发明实施例的带轮同步机构的结构示意图；

图5为本发明实施例的同步带轮的结构示意图；

图6为本发明实施例的压力传感器的结构示意图；

图7为本发明实施例的真空吸附组件的整体结构示意图；

图8为本发明实施例的真空吸附组件的剖面图；

图9为本发明实施例中吸盘的俯视图；

图10为本发明实施例中吸盘的立体图；

图11为本发明实施例中密封垫圈的结构示意图；

图12为本发明实施例中吸盘底座的结构示意图；

图13为本发明实施例中吸盘底座的剖视图；

图14为本发明实施例中衬板的结构示意图；

图15为发明实施例中中心杆的结构示意图；

图16为本发明实施例中上轴套的结构示意图；

图17为本发明实施例中下轴套的结构示意图；

图18为本发明实施例中定位座的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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6，本实施例的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置包括安装套筒3、盘面角度可调节的真空吸附组件1、压力传感器9和驱动机构。

驱动机构包括同步传动机构(参见图4)、滚珠丝杠5及丝杠螺母6。主动同步带轮28安装在伺服电机12端部，且由其带动，从动同步带轮31在伺服电机的一侧，安装于滚珠丝杠5的联轴器一端，由同步带32带动，驱动滚珠丝杠5与伺服电机12同步运动，滚珠丝杠5上的丝杠螺母6与伸缩柱体4相连接，可以做沿丝杠5轴向的上下移动，完成伸缩动作.

伸缩柱4内嵌于安装套筒3，安装套筒3可以和柔性定位系统的框架相连接，形成带有真空吸附组件的伸缩柱矩阵，伸缩柱4的末端固定有真空吸附组件1。伺服电机11的端面开有螺栓连接孔，通过螺栓连接孔将其固定在底座10上。主动同步带轮28固定在伺服电机12的输出端部，电机旋转带动主动同步带轮28转动，并将转矩通过同步带32同步的方式传导给固定于滚珠丝杠5一侧的从动同步带轮31，实现同步运动。

滚珠丝杠5固定于底座10的一侧，与伺服电机12对称安装，当运动产生时，滚珠丝杠5会随着伺服电机12同步转动，滚珠丝杠5只做自身转动，由一对推力球轴承7承受产生的轴向推力，轴承套8固定于底座10上不发生轴向的转动，相对的，与滚珠丝杠5配合的丝杠螺母6将会沿着滚珠丝杠5的轴向移动，由于丝杠螺母6由伸缩柱4底部的端盖固定，不会发生转动，则丝杠螺母6可以托举伸缩柱4在其轴向上下移动，实现电控伸缩.

安装套筒3通过螺栓连接固定于底座10上，不会发生转动和滑移，安装套筒3一侧打有通气孔，用于和伸缩柱4的通气孔24相连，实现抽真空，另一侧沿轴向开有导向槽23，伸缩柱4底部的固定端盖设有限位键25，通过限位键25与导向槽23的滑动配合，保证伸缩柱4和安装套筒3之间不发生转动，同时在导向槽23的外侧装有挡板11，以保证安装套筒3与大气隔离.

伸缩柱4是一个薄壁空心套筒，底部装有一个开孔的端盖，滚珠丝杠5同轴线穿过端盖，伸缩柱4的另一侧固定真空吸附组件1，伸缩柱4的一侧开有通气孔24，与安装套筒3的通气孔通过软气管连接，实现筒腔抽真空。压力传感器9安装于底座10和滚珠丝杠5的轴承套8之间，用于检测由伸缩柱4伸缩运动而产生的轴向拉压力。

参见图7至图18，本实施例的真空吸附组件1同轴线安装于伸缩柱4顶端，其包括吸盘14，吸盘14采用橡胶吸盘，周围具有裙边结构114，底部开有第一中心孔112、通气孔113以及螺栓孔111。设备内真空气流可以从通气孔113通过。吸盘14的底部外缘具有阶梯状的内凸台115，用于和密封垫圈18贴合；

方向调整单元，其包括开有中心孔的半封闭式的半球形吸盘底座16，和气密贴合在吸盘底座16底部的衬板17，吸盘底座16内部设有用于真空气流通过的通气孔122以及中心孔121；吸盘底座16的顶部设有外凸台123。吸盘底座16内部中空，上部通过螺栓安装固定吸盘14，底部为球面，衬板17的上表面和下表面均为球面。

密封垫圈18，密封垫圈18为阶梯型结构，参考图8、图11和图12，密封垫圈18的上下侧分别与吸盘14的内凸台115和吸盘底座16的外凸台123过盈配合。其内圈第一阶梯半径与吸盘的内凸台115半径相同，两者采用过盈配合；外圈第二阶梯半径与吸盘底座16上的外凸台123内径相同，两者采用过盈配合。吸盘14下表面、密封垫圈18下表面以及吸盘底座16上表面处于同一平面。定位座19，顶部设有与衬板17的底部气密贴合的球形凹腔141(球窝)。定位座19的中心设有依次穿过衬板17、吸盘底座16和吸盘14的柔性中心杆21，用于固定上述吸盘14及方向调整单元。

本实施例对于通气孔113、通气孔122以及螺栓孔111的具体设置数量、设置尺寸等不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。在实际使用中，一般设置4个十字对称布置的螺栓孔，通气孔在相邻螺栓孔之间布置数量相同，且两种孔的中心至盘面圆心距离相同。当盘面尺寸扩大时，各孔的数量可适当增加。

参见图13和图14，吸盘底座16的外表面和衬板17的内衬紧密贴合，形成气密结构。衬板17的外表面和定位座19上半部分球形凹腔141内衬紧密贴合，形成气密结构。吸盘底座16和衬板17之间可以相对转动，衬板17和定位座19的球形凹腔141可以相对转动，实现方向调整，双层类球铰结构增大了方向调整的角度范围。

参见图7和图8，中心杆21依次穿过下轴套20、定位座19、衬板17、吸盘底座16、密封垫圈18、吸盘14和上轴套15，实现对整个真空吸附单元的连接和固定。真空气流则依次通过吸盘14上的通气孔111、吸盘底座16上的通气孔122、衬板17中心孔和下轴套20间空隙进入配套真空管道，形成负压环境。

本实施例提供的真空吸附单元通过设置的类球铰结构实现了盘面角度的自适应匹配，从而提高了真空吸附的使用便捷性和安装效率，更加适应于柔性装配等工艺。

参见图8，上轴套15内表面与中心杆21上的第一限位阶梯181外形一致且采用过盈配合，形成气密性结构。下轴套20与中心杆21上的第二限位阶梯182配合，且装配后下轴套两个半片并不重合(参见图17)，之间的空隙用于真空气流通过。

参见图15，为进一步扩大盘面角度调整的范围，中心杆21采用具有一定弯曲性能的材料制作，实际应用中，可采用橡胶杆件。

参见图14和图18，衬板17和定位座19的球形凹腔141内表面均有气密性涂层内村，用以加强气密性并减小摩擦系数。

参见图18，定位座19下半部分具有螺栓紧固结构142，用于将真空吸附单元整体固定于吸附设备上。定位座19的底部设有与伸缩杆4的顶部配合的安装槽，定位座19上设有连通至安装槽且用于固定的切口，并设有垂直穿过切口的通孔，通孔内设有紧固螺钉。

本实施例的真空吸附电控伸缩装置的具体工作过程如下：

1)从理论数模上依据蒙皮曲面的配合要求得到吸附点阵的布局信息，计算出每根伸缩柱的伸缩量。

2)根据每个伸缩柱的伸缩量，通过运动控制器给伺服电机下达运动指令。

3)伺服电机12通过键连接的方式，将其末端与主动同步带轮28的键槽34配合，同步运动，带轮的轮齿33与V型的同步带32啮合，发生同步转动，为了保障传动稳定，本实施例在从动同步带轮31与主动同步带轮28之间设置导向带轮29，通过底座30将其固定，产生同步运动。

4)滚珠丝杠5转动，带动丝杠螺母6沿轴向上下运动，伸缩柱4固定在丝杠螺母6上，实现伸缩运动。

5)压力传感器9实时反馈伸缩柱4所承受轴向的拉压力，运动控制器将下达指令给伺服电机12，伺服电机12将输出一个转矩带动同步带32，通过滚珠丝杠5转动，丝杠螺母6沿轴向移动的方式实现伸缩柱4的伸缩量控制。

6)从理论数模上依据蒙皮曲面的配合要求得到该点的曲面角度信息，通过真空吸附组件1的方向调整单元对其角度进行自适应调整，实现吸盘的盘面角度与飞机蒙皮曲面贴合。

Claims (8)

1.一种带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，包括底座、与所述底座连接的安装套筒以及在所述安装套筒内伸缩活动的伸缩柱；

所述伸缩柱的一端连接有驱动所述伸缩柱的驱动机构，另一端设置有盘面角度可调节的真空吸附组件；

所述底座上设有检测所述伸缩柱所受压力的压力传感器，所述压力传感器用于发出控制所述伸缩柱的伸缩量的信号；

所述真空吸附组件包括吸盘、用于调节所述吸盘方向的方向调整单元和连接在所述伸缩柱顶端的定位座；所述方向调整单元包括：

内部中空的吸盘底座，上部安装有所述的吸盘，底部为一球面；

衬板，上表面与所述球面活动贴合，下表面活动贴合在所述定位座的顶部球形凹腔内；

中心杆，一端连接在所述吸盘的背面，另一端依次穿过所述吸盘底座、衬板和定位座；所述中心杆上设有整体式的上轴套和分片式的下轴套，所述吸盘的中心设有与所述上轴套气密配合的第一中心孔，所述定位座设有与所述下轴套气密配合的第二中心孔；

所述吸盘上设有通气孔，吸盘与定位座间设有与所述通气孔连通的真空气流通道；所述吸盘与所述吸盘底座之间通过螺栓固连，所述吸盘与所述吸盘底座之间设有密封垫圈；所述吸盘的底部设有内凸台，所述吸盘底座的顶部设有外凸台，所述密封垫圈为阶梯型结构，上下分别与所述内凸台和所述外凸台过盈配合。

2.根据权利要求1所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的驱动机构包括：

固定在所述伸缩柱端部的丝杠螺母以及穿过所述丝杠螺母伸入所述伸缩柱内的滚珠丝杠；

驱动所述滚珠丝杠转动的动力机构，所述动力机构包括电机、固定在所述电机输出轴的主动轮、与所述滚珠丝杠相连的从动轮和绕设在两者上的传送带。

3.根据权利要求2所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的滚珠丝杠上设有支撑环，所述的安装套筒设有与所述支撑环相抵的轴承座；所述的压力传感器设置在所述轴承座与所述底座之间。

4.根据权利要求1所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的伸缩柱与所述的安装套筒间设有配合的周向限位机构；所述周向限位机构包括所述伸缩柱上的限位键和所述安装套筒的内壁上与所述限位键滑动配合的导向槽。

5.根据权利要求1所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的伸缩柱与所述的安装套筒之间设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的吸盘底座的顶部设有通气孔，所述吸盘底座的底部设有与所述中心杆间隙配合的第三中心孔，所述的分片式的下轴套具有通气间隙，所述通气间隙、所述第三中心孔与所述中心杆之间的间隙、以及所述吸盘底座顶部的通气孔共同构成所述的真空气流通道。

7.根据权利要求1所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的伸缩柱为空心圆柱形，其侧壁上设有第一通气孔，所述第一通气孔通过伸缩柱的空腔与所述真空气流通道连通，所述的安装套筒的侧壁上设有与所述第一通气孔连通的第二通气孔。

8.根据权利要求1所述的带压力监控的真空吸附电控伸缩装置，其特征在于，所述的定位座的底部设有与所述伸缩柱 的顶部配合的安装槽，定位座上设有连通至所述安装槽且用于固定的切口，并设有垂直穿过所述切口的通孔，通孔内设有紧固螺钉。

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