CN113084378A - 一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，属于激光焊接技术。包括底座和支座，支座上固定有横梁，每个横梁上设有卡板，每组卡板上固定有均匀排列的多个压板；底座上设有至少一组用于承载蒙皮的铜片，铜片底部设有压力传感器；横梁和支座上均设有位置传感器，支座上的位置传感器用于检测所述横梁与支座的位置关系，横梁上的位置传感器用于检测所述横梁与卡板的位置关系。本发明通过位置感应能够确定三者的位置对应关系，提高长桁和蒙皮的焊接效率，在铜片下方设定压力传感器，能够检测卡板上的压舌对蒙皮施加的压力，有效预防施加的压力过大而对蒙皮造成的损坏，提高产品的合格率。

Description

一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装

技术领域

本发明涉及激光焊接技术，具体涉及一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装。

背景技术

激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接，热传导型激光焊接原理为激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

现代飞机普遍具有复杂的双曲率气动外形，同时存在大量形状随外形曲率变化的零件，其中以长桁最为典型。飞机机翼长桁紧贴机翼蒙皮内型面沿展向平行分布，和机翼壁板、翼肋、机翼与机身对接处连接。长桁和蒙皮组成的壁板结构是飞机机翼结构中的基础构件，主要用于承受机体载荷和支撑气动外形，是最重要的结构之一。长桁不仅数量众多，其工艺过程也十分复杂，特别是现代大型飞机设计中，大型长桁多为柔性细长结构，外形曲率变化复杂，结构特征多，几何尺寸变化多样，成型精度要求高，装配关系严格保证。因此长桁类零件的制造成为大型飞机研制中的主要瓶颈之一。

而在长桁与机翼蒙皮的连接过程中，一般是采用激光焊接，通常用手工来操作激光焊接装置，待焊接的产品也通过手工来定位，在定位的过程中支座、横梁和卡板之间的装配不到位，无法实现不同长度和型号的长桁与蒙皮的精准对接，降低了焊接质量，甚至报废，严重降低生产效率。另外，通过人工判断对横梁施加压力使长桁与蒙皮的对接，无法确定长桁与蒙皮的接触程度，力量过大容易造成蒙皮损坏。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装能够检测支座、横梁和卡板的相对位置；同时在底座的铜片上设有测量压力的压力传感器，能够保障长桁与蒙皮的精准焊接，预防因力量过大而造成的蒙皮损坏，提高焊接产品质量和生产效率。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，包括底座和设置底座两端的支座，所述支座上固定有至少一个横梁，每个所述横梁上设有至少一组卡板，每组所述卡板上固定有均匀排列的多个压板；所述卡板与压板的吻合将工件规定在横梁上，所述底座上设有至少一组用于承载蒙皮的铜片，所述铜片与卡板上的工件对应，所述铜片底部设有压力传感器；所述横梁和支座上均设有位置传感器，所述支座上的位置传感器用于检测所述横梁与支座的位置关系，所述横梁上的位置传感器用于检测所述横梁与卡板的位置关系。

进一步的，所述卡板内设有可移动的压舌，所述压板与所述压舌相互配合。

进一步的，所述卡板内设有用于容纳压舌的空腔，所述压舌的顶部通过连接螺钉固定在卡板内，通过对所述连接螺钉的向下移动带动所述压舌向下移动，并根据连接螺钉顶部的向上拉力使所述压舌向上移动归位。

进一步的，所述横梁上设有可上下移动的压紧螺钉，所述压紧螺钉的底部与所述连接螺钉的顶部固定对接，且所述压紧螺钉顶部连接有带动压紧螺钉上下移动的伸缩装置。其中伸缩装置可优选为伸缩气缸。

进一步的，所述压板的下部分和压舌的下部分之间形成用于固定长桁的夹槽，所述压板的上部分设有安装槽，压舌上设有供插销插入的插销孔，所述插销穿过所述安装槽并在压板的安装槽内向下滑动。

进一步的，所述压舌的底部为弧形弯曲凹槽，所述压板的底部为与所述弧形弯曲凹槽相配合的弧形凸起，弧形弯曲凹槽和弧形凸起之间形成夹槽，所述压舌下移使所述夹槽变窄并夹紧所述工件，所述工件随所述压舌上下移动。

进一步的，所述位置传感器为光电位置传感器或接近开关；每个所述横梁上包括至少两个所述位置传感器，每个支座包括至少一个位置传感器。

进一步的，还包括PLC控制系统和控制面板，所述控制面板、所述位置传感器和压力传感器均与所述PLC控制系统连接。

进一步的，所述位置传感器和压力传感器与PLC控制系统无线电信号连接或通过连接线电信号连接。

进一步的，所述底座上设有电源插座，所述横梁上设有用于与所述位置传感器连接的插头，所述插头插入所述电源插座上并使横梁上的位置传感器通电工作。

本发明飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其有益效果在于：

(1)将卡板通过螺接固定在横梁上，并将横梁的两端插入至底座两端的支座上并接通横梁上的位置感应器，通过位置感应能够确定三者的位置对应关系，提高长桁和蒙皮的焊接效率。

(2)在铜片底部设有压力传感器，压力传感器能够检测卡板上的压舌对蒙皮施加的压力，并将压力传送给PLC控制系统，控制面板进行观察，有效预防施加的压力过大而对蒙皮造成的损坏，提高产品的合格率。

(3)卡板上的弧形弯曲凹槽与压板上的弧形凸起对接形成舌状，能够更加稳定的夹住长桁，方便焊接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的底座的结构示意图；

图3是是横梁、卡板和长桁之间的连接示意图

图4是压板的结构示意图；

图5是压板的侧视图；

图6是横梁、卡板、长桁和铜片之间的连接示意图；

图7是底座、铜片和压力传感器之间的连接示意图；

图8是横梁、卡板和接近开关之间的连接示意图；

图9是横梁、卡板、支座之间接近开关的位置示意图；

1-底座，2-支座，3-横梁，4-卡板，5-压板，6-铜片，7-压力传感器，8-接近开关，9-长桁；

201-限位卡；

301-1号横梁；302-2号横梁，303-3号横梁，304-4号横梁，305-5号横梁；

401-压舌，402-连接螺钉，403-压紧螺钉，404-夹槽，405-插销；

501-弧形凸起，502-安装槽。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本发明。

实施例1

一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，如图1-图9所示，包括底座1和设置底座1两端的支座2，支座2上固定有至少一个横梁3，每个横梁3上设有至少一组卡板4，每组所述卡板4上固定有均匀排列的多个压板5；所述卡板4与压板5的吻合将工件规定在横梁3上，所述底座1上设有至少一组用于承载蒙皮的铜片6，所述铜片6与卡板4上的工件对应，所述铜片6底部设有压力传感器7；所述横梁3和支座2上均设有位置传感器，所述支座2上的位置传感器用于检测所述横梁3与支座2的位置关系，所述横梁3上的位置传感器用于检测所述横梁3与卡板4的位置关系。

本实施例中，卡板4内设有可移动的压舌401，压板5与压舌401相互配合，卡板4内设有用于容纳压舌401的空腔，压舌401的顶部通过连接螺钉402固定在卡板4内，连接螺栓可在空腔内上下滑动，从而带动压舌401上下移动。

具体的，横梁3上设有可上下移动的压紧螺钉403，压紧螺钉403的底部与连接螺钉402的顶部固定对接。压板5上方连接有盖板，盖板固定在卡板4上，压板5的上部分设有安装槽502，而安装槽502中固定插销405，插销405垂直于安装槽502插入至压舌401侧边并与压舌401固定连接。先将长桁9从侧面横向插入至夹槽404中，此时长桁的两侧被固定，而上下是活动的。压紧螺栓的顶部设有伸缩气缸，伸缩气缸向下施加压力带动压舌401和压板5向下移动，在向下移动的过程中长桁的顶部与夹槽404的顶部接触，且夹槽顶部给长桁施加向下的压力，从而夹紧长桁9并推动长桁9随着压舌401向下移动至与下方的蒙皮接触，通过激光光束进行焊接。当焊接完后，撤去连接螺栓顶部施加的压力并带动压舌401和压板5向上移动，使长桁与夹槽404之间留出间隙，再从侧面移动将长桁移出夹槽404，长桁9与卡板4分离。

本实施例中，压舌401的底部为弧形弯曲凹槽，压板5的底部为与弧形弯曲凹槽相配合的弧形凸起501，弧形弯曲凹槽与弧形凸起501之间形成夹紧工件的夹槽404，工件随压舌401上下移动。夹槽404为由弯曲的弧形和竖形两种方式，能够对不同形状的长桁9进行夹持，也便于夹槽404对长桁顶部进行支撑，保障对长桁的向下压动，且适应性更好。

本实施例中，位置传感器优选为接近开关8，每个横梁3上包括至少两个位置传感器，每个支座2包括至少一个位置传感器。

具体的，是实际中，每个横梁3上设有一个或多个卡板4，而每个卡板4对应至少两个接近开关8。而每个支座2上设定一个接近开关8。

接近开关8为常开状态，且接近开关8将信号随时传送给PLC控制系统。而接近开关8需要通电才能进行工作，因此一般在底座1上设有电源插座，位置传感器通过连接线连接有插座，连接线和插座可隐藏在横梁3，防止磕碰。在控制面板上设有报警系统，报警系统包括三色报警灯和蜂鸣报警，三色报警显示运行状况，即绿色为位置准确正常、黄色为电源指示灯、红色为故障报警信号，当出现黄色和/或红色时则同时蜂鸣报警。

本发明中，还包括PLC控制系统和控制面板，控制面板、位置传感器和压力传感器7均与PLC控制系统连接。位置传感器和压力传感器7与PLC控制系统无线电信号连接或通过连接线电信号连接。将信号传送给PLC控制系统进行处理了，并将显示结果显示在控制面板上，同时控制面板内的按键可以进行设置和选择。

具体的，PLC控制系统为6ES7288-1ST60-0AA0装置，控制面板为6V6628-0CE11-3AX0触摸屏。接近开关8选择PNP常开开关，采用2+1方式控制，检测精度达0.1mm。通过PLC控制系统控制触摸屏显示(开关选择)实现自动显示每个卡板4的位置(即自动显示正在焊接的卡板4的编号)；也可手动输入需要焊接的卡板4编号，通过PLC控制系统，实现任何一条横梁3与卡板4位置不对时都呈报警状态。

当卡板4、横梁3和支座2三者位置对应安装好后，接近开关8将信号传送给PLC控制系统，PLC控制系统显示正常后，可自动或手动启动在横梁3的顶部的压力装置，通过压力装置的按压使压紧螺钉403向下移动，从而带动压舌401和压板5夹持的长桁9向下移动，与铜片6上的蒙皮接触，压力传感器7将压力传送给PLC控制系统并在控制面板上进行显示。当接触后达到限定系统中设定的压力上限值后，PLC控制系统控制压力装置停止加压并恒定，有效的而保障长桁9不被压弯，蒙皮不被破坏，提高了产品的合格率和产品质量。

实施例2

以左上壁板外侧工装为例，如图1-图9所示；

本发明激光双光束焊接工装包括有5组支座2，每组2个支座2，每组支座2上安装有一个横梁3，即设有1号横梁301，2号横梁302，3号横梁303、4号横梁304和5号横梁305。

其中1号横梁301固定有一组卡板4，而卡板4上固定有1号长桁；

2号横梁定位有一个长桁，即2号长桁；

3号横梁定位有一个长桁，即3号长桁；

4号横梁定位有三个长桁，即4号长桁、5号长桁、6号长桁；

5号横梁定位有两个长桁，即7号长桁、8号长桁；

每个长桁对应一个卡板4，长桁通过压板5固定在卡板4上，每个卡板4螺接在横梁3上。

横梁3上设有接近开关8，而每个卡板4上都对应有两个接近开关8。每个接近开关8均有编号，每两个编号对应一个长桁。两个接近开关8分别设置在卡板4的两端，能够更加准确的确定卡板4的位置。

在每个支座2上安装有一个接近开关8。支座2上的接近开关8用于检测横梁3与支座2的连接，保障横梁3在支座2上。每个支座2一般通过由两个单边支座组成，两个单边支座通过限位卡201连接，限位卡201连接在靠外的一侧，而两个单边支座靠内的一侧敞开，便于横梁3端部的放置。而横梁3端部放置后外侧抵住限位卡201后，在进行其他的操作时则横梁3会向内移动，造成位置不准确。因此在支座和横梁3端部均设有相对应的插销405孔，支座和横梁3连接后将插销405插入至插销405孔中，完成固定连接，避免后续压力装置加压时横梁3的移位。

将支座、卡板4、长桁、接近开关8的编号数据、对应关系均输入至PLC控制系统中，即每个特定的支座、卡板4、长桁和接近开关8组成一组特定的位置关系，将该位置关系输入至PLC控制系统中进行匹配。而本发明中所述PLC控制系统中的位置关系匹配为机电一体化中的常规程序和配对，其程序为公知常识，因此在此不以赘述。

将长桁固定在卡板4上，卡板4固定在横梁3上，横梁3安装在支座上。横梁3内设有隐藏的连接线和插头，插头插入插座中为横梁3的接近开关8提供电能。所有的接近开关8处于常开状态。而在安装的过程中，支座、横梁3卡板4的位置对应，则系统通过三色报警灯实现报警，即绿色为位置准确正常、黄色为电源指示灯、红色为故障报警信号，当出现黄色和/或红色时则同时蜂鸣报警。

当位置关系调整对应后，PLC控制系统启动加压装置启动，对横梁3上的压紧螺栓进行施压，使压舌401和压板5带动的长桁下压并与蒙皮连接。铜片6底部的压力传感器7感受到压力并将压力值传送至PLC控制系统中，当达到压力限定值后，PLC控制系统控制加压装置停止加压，并同时开启激光光束进行焊接。激光光束为外援接入的激光，为现有常规技术，其结构和原理在此不以赘述。

本发明中，在蒙皮下方设定铜片6是便于导热，即将激光焊接过程中的热量散发出去，提高压力传感器7的使用寿命。

另外，在一个横梁3中可能设有多个卡板4，当压力装置下压使长桁与蒙皮接触后，在接缝处加入激光光束进行焊接。激光光束通过人工移动改变光束的位置，选择所需要的长桁与蒙皮进行焊接，一个横梁3上可同时焊接一个，也可同时焊接多个。

焊接完成后，拔掉横梁3上的插头，移开横梁3，准备下一组卡板4。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：包括底座和设置底座两端的支座，所述支座上固定有至少一个横梁，每个所述横梁上设有至少一组卡板，每组所述卡板上固定有均匀排列的多个压板；所述卡板与压板的吻合将工件规定在横梁上，所述底座上设有至少一组用于承载蒙皮的铜片，所述铜片与卡板上的工件对应，所述铜片底部设有压力传感器；所述横梁和支座上均设有位置传感器，所述支座上的位置传感器用于检测所述横梁与支座的位置关系，所述横梁上的位置传感器用于检测所述横梁与卡板的位置关系。

2.根据权利要求1所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述卡板内设有可移动的压舌，所述压板与所述压舌相互配合。

3.根据权利要求2所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述卡板内设有用于容纳压舌的空腔，所述压舌的顶部通过连接螺钉固定在卡板内，通过对所述连接螺钉的向下移动带动所述压舌向下移动，并根据连接螺钉顶部的向上拉力使所述压舌向上移动归位。

4.根据权利要求3所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述横梁上设有可上下移动的压紧螺钉，所述压紧螺钉的底部与所述连接螺钉的顶部固定对接，且所述压紧螺钉顶部连接有带动压紧螺钉上下移动的伸缩装置。

5.根据权利要求4所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述压板的下部分和压舌的下部分之间形成用于固定长桁的夹槽，所述压板的上部分设有安装槽，压舌上设有供插销插入的插销孔，所述插销穿过所述安装槽并在压板的安装槽内向下滑动。

6.根据权利要求5所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述压舌的底部为弧形弯曲凹槽，所述压板的底部为与所述弧形弯曲凹槽相配合的弧形凸起，弧形弯曲凹槽和弧形凸起之间形成夹槽，所述压舌下移使所述夹槽变窄并夹紧所述工件，所述工件随所述压舌上下移动。

7.根据权利要求1所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述位置传感器为光电位置传感器或接近开关；每个所述横梁上包括至少两个所述位置传感器，每个支座包括至少一个位置传感器。

8.根据权利要求1所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：还包括PLC控制系统和控制面板，所述控制面板、所述位置传感器和压力传感器均与所述PLC控制系统连接。

9.根据权利要求8所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述位置传感器和压力传感器与PLC控制系统无线电信号连接或通过连接线电信号连接。

10.根据权利要求9所述飞机壁板外侧激光双光束焊接工装，其特征在于：所述底座上设有电源插座，所述横梁上设有用于与所述位置传感器连接的插头，所述插头插入所述电源插座上并使横梁上的位置传感器通电工作。

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