CN111390732B - 基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开是关于基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，涉及打磨设备技术领域，该装置包括：打磨单元，所述打磨单元包括设置于下层壳体内的旋转组件、与旋转组件同轴装配的滚珠花键轴以及最下端的打磨组件；伸缩限位单元，所述伸缩限位组件的驱动端与滚珠花键轴的上端同轴装配；至少三个薄膜开关，至少三个所述薄膜开关设置于打磨组件的打磨端；曲面适应单元，所述曲面适应单元包括与下层壳体活动连接的曲面适应组件以及固定连接的导向组件。本公开技术方案通过在打磨头上安装薄膜开关，实时测量的有效接触面积，再结合气缸压力，实现打磨面压强的控制，具有打磨面压强可控，适用范围广，打磨效果好，结构简单，成本低廉的优点。

Description

基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置

技术领域

本发明公开涉及打磨设备技术领域，尤其涉及一种基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置。

背景技术

飞机蒙皮的退漆作为飞机大修中的一道重要工序，目前仍较多地采用人工打磨。人工打磨费时费力、效率低下、一致性差，并且有大量粉尘危害人体健康。开发经济高效的蒙皮打磨设备，对打磨本身来说，可以提高打磨精度和打磨效果的一致性，使被打磨面打磨后的表面粗糙度更低；对工人来说，可以减轻劳动强度，改善工作环境，缩短维修工时；对维修企业来说，可以缩短飞机停场时间，提高飞机大修的机械化程度和经济效益。

因为飞机表面多为曲面，形状变化大，并且打磨精度要求比较高，一旦打磨过度，将可能损坏飞机的整块蒙皮，所以设计一种飞机蒙皮自动退漆打磨设备难度大、要求高。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，确保打磨质量，不伤害蒙皮。所述技术方案如下：

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，包括上下连通固定的上层壳体、下层壳体，该装置还包括：

打磨单元，所述打磨单元包括设置于下层壳体的内部的旋转组件、与旋转组件同轴装配的滚珠花键轴以及设置于滚珠花键轴下端的打磨组件，所述滚珠花键轴的上端伸入上层壳体内；

伸缩限位单元，所述伸缩限单元设置于上层壳体内，所述伸缩限位组件的驱动端与滚珠花键轴的上端同轴装配；

至少三个薄膜开关，至少三个所述薄膜开关设置于打磨组件的打磨端；

曲面适应单元，所述曲面适应单元包括与下层壳体表面的上部活动连接的曲面适应组件以及与下层壳体表面的下部固定连接的导向组件。

在一个实施例中，所述打磨组件的打磨头上设有四个薄膜开关，四个所述薄膜开关以打磨头表面一点为圆心等角度分布，每个薄膜开关到圆心的直线距离，以薄膜开关分布的顺时针方向增大或变小。

在一个实施例中，所述曲面适应组件包括一对法向连杆、连接件、至少一对预压紧弹簧、至少一对直线轴承以及安装板，其中，一对法向连杆的下端通过连接件与下层壳体的侧壁活动连接，所述法向连杆的上部设有支撑台，所述法向连杆的上端安装直线轴承，所述直线轴承与支撑台之间的部分法向连杆套装预压紧弹簧，一对直线轴承分别与安装板的两端固定连接，所述法向连杆上设有位移传感器。在一个实施例中，所述连接件包括外环和内环，其中，所述内环与下层壳体的表面上部转轴连接，所述内环与外环固定连接，所述一对法向连杆的下端分别与所述外环的侧壁相连接，所述外环和内环上均设有角度传感器。

在一个实施例中，所述导向组件包括导向架以及多个万向轮，其中，所述导向架固定于所述下层壳体的侧壁的下部，多个所述万向轮等角度设置于导向架边缘处。

在一个实施例中，所述滚珠花键轴设有上下连通的空腔，所述滚珠花键轴的侧壁形成与所述空腔内部相连通的排线孔。

在一个实施例中，该装置还包括导电滑环组件，所述导电滑环组件包括导电滑环定子以及设置在导电滑环定子下端的导电滑环转子，所述导电滑环定子以及导电滑环转子分别套装在打磨组件与伸缩限位单元之间的滚珠花键轴上，且沿上层壳体内壁上下滑动，所述薄膜开关的电源线进入所述滚珠花键轴的空腔且从所述排线孔穿出后与导电滑环定子相连接。

在一个实施例中，所述上层壳体的侧壁的下部设有一对导向长孔，所述导电滑环定子的上表面形成一对限位板，所述导电滑环定子通过安装板沿导向长孔的长度方向往复运动。

在一个实施例中，所述伸缩限位组件包括气缸以及限位螺钉组件，所述气缸通过深沟球轴套与滚珠花键轴相连接，所述深沟球轴套通过限位螺钉组件与导电滑环定子相连。

在一个实施例中，伸缩旋转组件包括气动马达，所述气动马达与滚珠花键轴同轴安装。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：实时测量打磨面积，实现压强控制，具有打磨压强可控，适用范围广，打磨效果好，结构简单，成本低廉。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明中一种用于基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置的立体图。

图2为本发明中一种用于基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置的俯视图。

图3为图2的A-A面剖视图。

图4为图2的B-B面剖视图。

图5为本发明薄膜开关在打磨头上的分布示意图。

图6为本发明中导电滑环定子的结构示意图。

图7为本发明中深沟球轴套的结构示意图

图8为本发明中一种用于基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置气缸的控制方法。

图9为本发明中一种用于基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置总体的控制方法流程图。

附图标记：

图中，11.安装板；12.直线轴承；13.预压紧弹簧；14.法向连杆；141.支撑台；15.外环；16.外环轴承端盖；17.内环；18.外环轴；1901.角度传感器；1902弹性联轴器；1101.位移传感器；1102.位移传感器固定架；111内环轴；112.内环轴承端盖；21.上层壳体；22.下层壳体；2201.下层壳体A部；2202.下层壳体B部；31.导向架；32.万向轮；41.气缸；42.浮动接头；43.深沟球轴套；51.导电滑环定子；511、安装孔；52.导电滑环转子；61.滚珠花键轴；611.排线孔；63.滚珠花键螺母；71.气动马达；7101.气动马达进气口；7102.气动马达出气口；81.打磨头；82.薄膜开关；91.限位螺钉；92.限位螺母；93.固定螺母；94.限位螺钉孔；95.导向长孔。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明公开实施例所提供的技术方案涉及基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，尤其涉及打磨设备领域。在相关技术中，飞机蒙皮的退漆作为飞机大修中的一道重要工序，目前仍较多地采用人工打磨。人工打磨费时费力、效率低下、一致性差，并且有大量粉尘危害人体健康；因为飞机表面多为的曲面，形状变化大，并且打磨精度要求比较高，一旦打磨过度，将可能损坏飞机的整块蒙皮，所以设计一种飞机表面自动退漆打磨设备难度大、要求高。基于此，本公开技术方案所提供的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，开发经济高效的蒙皮打磨设备，对打磨本身来说，可以提高打磨精度和打磨效果的一致性，使被打磨面打磨后的表面粗糙度更低；对工人来说，可以减轻劳动强度，改善的工作环境，缩短维修工时；对维修企业来说，可以提高飞机大修的机械化程度和经济效益,本发明通过在打磨头上安装薄膜开关，实时测量打磨面积，实现压强控制，具有打磨压强可控，适用范围广，打磨效果好，结构简单，成本低廉的优点。

图1示例性示出了本发明公开技术方案所提供的一种基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置的结构示意图。根据图1至图9可知，一种基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，包括上下连通固定的上层壳体21、下层壳体22，该装置还包括：打磨单元，所述打磨单元包括设置于下层壳体22的内部的旋转组件、与旋转组件同轴装配的滚珠花键轴61以及设置于滚珠花键轴61下端的打磨组件，所述滚珠花键轴61的上端伸入上层壳体21内；伸缩限位单元，所述伸缩限单元设置于上层壳体21内，所述伸缩限位组件的驱动端与滚珠花键轴61的上端同轴装配；至少三个薄膜开关82，至少三个所述薄膜开关82设置于打磨组件的打磨端；曲面适应单元，所述曲面适应单元包括与下层壳体22表面的上部活动连接的曲面适应组件以及与下层壳体22表面的下部固定连接的导向组件，需要进一步指出的是，上层壳体21通过法兰与下层壳体22固定连接。

在本技术方案中，配套有控制系统以及运动机构，控制系统根据位移传感器检测的预压缩弹簧的压缩量、两个角度传感器检测到打磨头81相对于安装板的角度、薄膜开关82的通断和气缸41的压力值，对机构的运动和气缸41内的压力进行控制，保证在打磨过程中，打磨头上接触面的压强在一定范围内。运动机构可选用业内常用的机械手臂。可实现根据打磨面实时调整运动机构末端位置姿态，实现位置姿态跟踪，PLC系统已是行业内比较成熟的控制方法，不属于本技术方案的创新点，采用该现有技术对本技术方案创新的机械结构进行控制即可，在此对控制系统的构成和工作原理不再赘述。

示例中，法向连杆14的上安装有位移传感器1101，外环轴18和内环轴111上分别装有角度传感器。其中，外环轴18的角度传感器1901通过法兰安装在法向连杆14上，角度传感器出轴通过弹性联轴器1902与外环轴18连接；内环轴111的角度传感器1903通过法兰安装在内环18上，角度传感器出轴通过弹性联轴器与内环轴111相连。正常工作时，弹簧有10mm的压缩量，在打磨头81运动时，通过运动机构的控制系统，不断调整运动机构末端的位置和姿态。机械手臂和相应的控制器现已比较成熟，不在此详述。示例中，打磨组件的打磨头81为圆形打磨头，所述打磨组件的打磨头81上设有四个薄膜开关82，四个所述薄膜开关82以打磨头81的中心为圆心等角度分布，所述四个薄膜开关中第i个薄膜开关距离打磨头81圆盘中心的距离r为

其中，R为打磨头81圆盘的半径，单位为毫米，本示例中薄膜开关半径为5mm，为保证安全，在第四个薄膜开关外部留出5mm环形空间。这样测量信号和实际接触面积大小成线性比例关系，便于控制。

进一步，所述曲面适应组件包括一对法向连杆14、活动连接件、至少一对预压紧弹簧13、至少一对直线轴承以及安装板11，其中，一对法向连杆14的下端通过活动连接件与下层壳体22的侧壁活动连接，所述法向连杆14的上部设有支撑台141，所述法向连杆14的上端安装直线轴承，所述直线轴承与支撑台141之间的部分法向连杆14套装预压紧弹簧13，一对直线轴承分别与安装板11的两端固定连接，所述法向连杆14上设有位移传感器1101，位移传感器一端通过位移传感器固定架1102与安装板11连接，另一端与法向连杆14相连。需要进一步指出的是，一对直线轴承分别通过法兰与安装板11的两端固定连接，安装板11与运动机构相连接，运动机构带动该装置在曲面上运动，曲面与运动机构之间的距离和角度会发生实时变化，相对距离反应在该装置上，就是直线轴承受压下移或上升，直线轴承压紧预压紧弹簧13初始有10mm预压缩量，打磨过程中压缩量在0～20mm之间变化，在运动装置带动打磨头81运动时，运动机构的控制系统通过两个角度传感器和一个位移传感器，实时检测打磨头81和运动机构末端的相对位置，从而调整运动机构末端的位置和姿态。

示例中，所述安装板11的上表面设有用于装配运动机构的螺纹槽，运动机构与安装板11螺纹连接，运动机构可以为机械手臂，需要在机械手臂的末端安装螺杆组件，机械手臂通过螺杆组件和螺纹槽与安装板11进行装配。

优选的，所述连接件包括外环15和内环17，其中，所述内环17与下层壳体22的表面上部转轴连接，一对所述法向连杆14的下端分别与所述外环15的侧壁通过法兰固定连接，所述法向连杆14和内环17上均设有角度传感器，需要进一步指出的是，示例中，内环17为矩形框架结构，外环15为门形框架结构。外环15、外环轴承端盖16和法向连杆14通过法兰固定连接。内环17通过外环轴18、轴承、外环轴承端盖16和外环15活动连接。内环17通过内环轴承端盖112、轴承、内环轴111和上层壳体21活动连接。

示例中，为了便于安装或拆卸，将下层壳体22分为上下独立的两部分，下层壳体A部2201和下层壳体B部2202通过法兰进行固定连接，下层壳体A部2201的表面水平凸起形成内环轴111，一对内环轴的连线方向与外环轴18的连线方向相互垂直，内环轴装配于内环18的矩形框架结构的一对内边框内，内边框与连接轴的连接处设有转轴，下层壳体A部2201通过连接轴可以相对矩形框架架构顺时针或逆时针旋转一定角度，该角度为0-13°。

进一步，所述导向组件包括导向架31以及多个万向轮32，其中，所述导向架31固定于所述下层壳体B部2202，多个所述万向轮32等角度设置于导向架31边缘处，需要进一步指出的是，三个万向轮32作为三点连接形成的平面和打磨头81表面所在平面平行。

在一个实施例中，所述滚珠花键轴61设有上下连通的空腔，所述珠花键轴的侧壁形成与所述空腔内部相连通的排线孔62，需要进一步指出的是，排线孔62位于导电滑环转子52下方的滚珠花键轴61部分上，薄膜开关的信号线穿过打磨头81上的凹槽穿过中空的打磨头连接螺母83,进入滚珠花键轴61的内腔，再从排线孔62穿出，连接到导电滑环转子52上。

在一个实施例中，该装置还包括导电滑环组件，所述导电滑环组件包括导电滑环定子51以及设置在导电滑环定子51下端的导电滑环转子52，所述导电滑环定子51以及导电滑环转子52分别套装在旋转组件与伸缩限位单元之间的滚珠花键轴61上，且沿上层壳体21内壁上下滑动，所述薄膜开关82的电源线进入所述滚珠花键轴61的空腔且从所述排线孔62穿出后与导电滑环定子51相连接，需要进一步指出的是，导电滑环定子51上形成中心通道，该中心通道的半径略大于滚珠花键轴61的轴半径，使得导电滑环定子51通过中心通道插装到滚珠花键轴61后，中心通道与滚珠花键轴61之间形成避空区，防止相互摩擦。

在一个实施例中，所述上层壳体21的侧壁的下部设有一对导向长孔95，所述导电滑环定子51的上表面与深沟球轴套43通过一对限位螺钉91和固定螺母93固定连接，所述导电滑环定子51与深沟球轴套43可以沿导向长孔95的长度方向往复运动，需要进一步指出的，深沟球轴套43与导电滑环定子51的中心通道的同轴，深沟球轴套43的水平延伸部分与导向长孔95内壁接触，限制导电滑环定子51和深沟球轴套43的转动。滚珠花键轴通过深沟球轴承与深沟球轴承套的中心同轴装配。深沟球轴套43位于导向长孔95内，只可沿长孔长边方向上下运动，同时与导电滑环定子固定连接，实现导电滑环定子51的周向定位。导电滑环定子51的中心通道和滚珠花键轴61之间存在避空区，不会发生干涉。

优选的，所述伸缩限位组件包括气缸41以及限位螺钉组件，所述气缸41通过浮动接头42、深沟球轴套43与滚珠花键轴61相连接。限位螺钉组件包括一对限位螺钉91、位于限位螺钉上部的限位螺母92组成。固定螺母93位于限位螺钉91的中部，用于固定深沟球轴套43和导电滑环定子51，不起限位作用。限位螺钉孔94内壁和限位螺钉91之间留有空隙，在打磨曲面时，限位螺钉91可在限位螺钉孔内自由上下运动。需要限位时，可调整限位螺母92，限制限位螺钉91、深沟球轴套43及打磨头81相对于上层壳体21的运动范围，从而控制最大打磨深度。

示例中，滚珠花键轴61通过轴端螺母和轴肩与深沟球轴承的内圈相连。轴承的外圈通过轴肩和卡簧和深沟球轴套43相连。深沟球轴套43通过螺纹和浮动接头42相连，浮动接头42和气缸41相连。深沟球轴承可以传递拉力和压力，并实现滚珠花键轴61和深沟球轴套43的定位。

示例中，上层壳体21的导向长孔95的上方水平延伸形成凸台，凸台上设有与限位螺钉91同轴的限位螺钉孔，用于装配限位螺钉91。两个限位螺母92从上方套入螺钉，可以锁紧限位螺母92与限位螺钉91的相对位置。

在一个实施例中，伸缩旋转组件包括气动马达71，所述气动马达与滚珠花键轴61同轴安装，需要进一步指出的是，气动马达71的进气口7101在下层壳体B部2202上，出气口7102在下层壳体A部2201上，进气口7101通过快速接头与气源相连，出气口7102可根据需求加装消音器。

在运动打磨过程中，滚珠花键轴61在气动马达71驱动下转动，同时可以在气缸41作用下上下运动(2.5cm)，同时导电滑环转子52随着滚珠花键轴61转动和上下运动，而导电滑环的定子51和深沟球轴套43沿上层壳体21的导向长孔95做上下运动。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，包括上下连通固定的上层壳体、下层壳体，其特征在于，该装置还包括：

打磨单元，所述打磨单元包括设置于下层壳体的内部的旋转组件、与旋转组件同轴装配的滚珠花键轴以及设置于滚珠花键轴下端的打磨组件，所述滚珠花键轴的上端伸入上层壳体内；

伸缩限位单元，所述伸缩限位单元设置于上层壳体内，所述伸缩限位单元的驱动端与滚珠花键轴的上端同轴装配；

曲面适应单元，所述曲面适应单元包括与下层壳体表面的上部活动连接的曲面适应组件以及与下层壳体表面的下部固定连接的导向组件；

所述打磨组件的打磨头上设有四个薄膜开关，所述四个薄膜开关以打磨头表面一点为圆心等角度分布，每个薄膜开关到圆心的直线距离，以薄膜开关分布的顺时针方向增大或变小；

所述曲面适应组件包括一对法向连杆、连接件、至少一对预压紧弹簧、至少一对直线轴承以及安装板，其中，一对法向连杆的下端通过连接件与下层壳体的侧壁活动连接，所述法向连杆的上部设有支撑台，所述法向连杆的上端安装直线轴承，所述直线轴承与支撑台之间的部分法向连杆套装预压紧弹簧，一对直线轴承分别与安装板的两端固定连接，所述法向连杆上设有位移传感器。

2.根据权利要求1所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，所述连接件包括外环和内环，其中，所述内环与下层壳体的表面上部转轴连接，所述内环与外环固定连接，所述一对法向连杆的下端分别与所述外环的侧壁相连接，所述外环和内环上均设有角度传感器。

3.根据权利要求1所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，所述导向组件包括导向架以及多个万向轮，其中，所述导向架固定于所述下层壳体的侧壁的下部，所述多个万向轮等角度设置于导向架边缘处。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，所述滚珠花键轴设有上下连通的空腔，所述珠花键轴的侧壁形成与所述空腔内部相连通的排线孔。

5.根据权利要求4所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，该装置还包括导电滑环组件，所述导电滑环组件包括导电滑环定子以及设置在导电滑环定子下端的导电滑环转子，所述导电滑环定子以及导电滑环转子分别套装在打磨组件与伸缩限位单元之间的滚珠花键轴上，且沿上层壳体内壁上下滑动，所述薄膜开关的电源线进入所述滚珠花键轴的空腔且从所述排线孔穿出后与导电滑环定子相连接。

6.根据权利要求5所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，所述上层壳体的侧壁的下部设有一对导向长孔，所述导电滑环定子的上表面形成一对限位板，所述导电滑环定子通过限位板沿导向长孔的长度方向往复运动。

7.根据权利要求6所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，所述伸缩限位单元包括气缸以及限位螺钉组件，所述气缸通过深沟球轴套与滚珠花键轴相连接，所述限位板、深沟球轴套通过限位螺钉组件与上层壳体相连接。

8.根据权利要求7所述的基于压强控制的飞机表面退漆打磨装置，其特征在于，所述旋转组件包括气动马达，所述气动马达与滚珠花键轴同轴安装。

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