專利名稱：法向鉚接曲型件的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空制造業(yè)自動連接裝配飛機(jī)部件的方法，特別是自動鉆鉚曲 型件法向鉚接的控制方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工程技術(shù)、自動化技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益完 備和發(fā)展，自動鉆鉚技術(shù)實現(xiàn)了實質(zhì)性的突破，已經(jīng)初步形成了自動化裝配系 統(tǒng)。世界各航空工業(yè)發(fā)達(dá)國家均已廣泛應(yīng)用飛機(jī)裝配中的自動鉆鉚技術(shù)。自動 鉆鉚系統(tǒng)主要包括自動鉆鉚機(jī)和托架兩部分.托架系統(tǒng)用來進(jìn)行裝配件的定位
和夾持；自動鉆鉚機(jī)用于完成制孔、注膠、鉚接和緊固件安裝等工作。由于軍用 飛機(jī)和民用飛機(jī)在自動連接方面有所不同，軍機(jī)部件尺寸小且復(fù)雜、緊固件種 類多而較難實現(xiàn)自動化裝配，因此，自動鉆鉚機(jī)三座標(biāo)托架系統(tǒng)一般只能實現(xiàn) 平板類組件的自動鉆鉚。在三座標(biāo)托架系統(tǒng)中要實現(xiàn)雙曲面蒙皮的自動鉆鉚， 尤其在對飛機(jī)蒙皮曲型件進(jìn)行鉚接的過程中，則必須保證鉚接點的法線與鉆軸 或鉚軸的軸線相平行或重合。鉚接點相對水平面垂直的法線垂直度直接影響到 產(chǎn)品的質(zhì)量。由于法線是一條空間直線，沒有直接的方法進(jìn)行檢測，因此、只 能通過間接的檢測方法來進(jìn)行測量。在國內(nèi)還沒有能夠進(jìn)行法向檢測和自動進(jìn) 行法向調(diào)整控制的懸掛式軟連接托架的設(shè)備。在進(jìn)行飛機(jī)蒙皮的鉚接時都是采 用人工目測來進(jìn)行法向調(diào)整，不僅人力物力浪費大，而且效率低下，質(zhì)量不穩(wěn) 定。在法國達(dá)索公司有相類似的設(shè)備，但該公司的設(shè)備也沒有自動法向控制功 能。它在設(shè)計時雖然考慮了此功能，但在實際應(yīng)用時不能進(jìn)行法向控制，或者 是效率特別低，不能滿足生產(chǎn)的需要，所以被迫取消了此功能，將其自動控制
改回到人工視覺控制。國外公司只在部件大，緊固件種類少較易實現(xiàn)自動的大 型飛機(jī)生產(chǎn)時，才采用特別昂貴和特別復(fù)雜的全自動鉆鉚機(jī)進(jìn)行法向鉚接。該 全自動鉆鉚機(jī)是由多臺數(shù)控自動鉆鉚機(jī)、托架系統(tǒng)配置或由自動鉆鉚設(shè)備和帶 視覺系統(tǒng)的機(jī)器人、大型龍門機(jī)器人、專用柔性工藝裝備及坐標(biāo)測量機(jī)等多種 設(shè)備、不同配置組成的柔性自動裝配系統(tǒng)。對于外形較平直的中小結(jié)構(gòu)的壁板 和雙曲面蒙皮中小型零件的自動鉆鉚大多配置手動、半自動托架系統(tǒng)，全部被 迫采用人工目測控制解決法向鉚接問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)自動鉆鉚機(jī)在鉚接飛機(jī)蒙皮曲型件過程中， 人工視覺檢測、手動調(diào)整控制法線垂直度誤差大，效率低下，質(zhì)量不穩(wěn)，自動 化程度低的問題，提供一種成本低，效率高，可靠性好，鉚接質(zhì)量穩(wěn)定的法向 鉚接曲型件的控制方法。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的技術(shù)解決方案可以通過以下措施來達(dá)到。 一種法向鉚 接曲型件的控制方法，包括如下步驟
l.在位于零件正上方的同一個水平面上，以自動鉆鉚機(jī)的鉚軸為對角線中 心設(shè)置由四個測量傳感器組成的正方形陣列，并以正方形的四個點作為被檢測 點的法線垂直測量位置；
2用四個伺服運動部件通過鐵鏈將零件工裝懸吊于兩側(cè)的三個點上組成懸 掛零件托架，四個傳感器分別對應(yīng)控制所述四個運動部件的升降；
3. 設(shè)置四個傳感器的測量窗口，并把四個傳感器設(shè)置為電流輸出型；
4. 由數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)實際情況，確定理論法向位置時傳感器的數(shù)值，并 按誤差要求計算出對應(yīng)于傳感器測量數(shù)值的公差帶；
5. 四個傳感器把測得的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，并由數(shù)控控制系統(tǒng) 控制運動部件對零件的相應(yīng)點進(jìn)行高度調(diào)整，直到四點的高度差在允許的范圍 內(nèi)為止，數(shù)控控制系統(tǒng)停止調(diào)整并發(fā)出可鉚接信號。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
根據(jù)本發(fā)明提供的上述方案設(shè)計制造的自動鉆鉚機(jī)托架法向控制系統(tǒng)成本 低，效率高，可靠性好，鉚接質(zhì)量穩(wěn)定可靠?？梢匀〈斯ひ曈X法向控制，提 高零件的鉚接質(zhì)量和生產(chǎn)效率。主要體現(xiàn)在
(1) 成本低。國外具有自動法向控制功能的鉆鉚機(jī)托架的價值在120萬美 元左右/臺，而采用本發(fā)明上述方案制造的托架具有國外托架的全部功能，且成 本不到80萬元人民幣。
(2) 法線垂直度誤差小，控制精度高、鉚接質(zhì)量穩(wěn)定可靠、效率高。本發(fā) 明采用的三點懸掛零件托架，解決了達(dá)索公司現(xiàn)有技術(shù)采用四點對稱懸掛零件， 在法向調(diào)整過程中存在托架重心可能落在托架對角線中心上形成的對角相對平 衡狀態(tài)，造成法向調(diào)整無法完成的問題。在控制軟件上采用了與現(xiàn)有技術(shù)不同 的算法進(jìn)行控制，使得設(shè)備的反應(yīng)速度比其它公司的快且控制精度更高。因為 國外相類似的設(shè)備采用的是人工視覺來進(jìn)行手動法向調(diào)整，法線垂直度誤差 >0.5° ，而理想的誤差要求是〈0.25° 。根據(jù)本發(fā)明設(shè)計制造的設(shè)備上實測的測 量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算后得知，所有測量點的法線垂直度誤差都〈0. 1° 。 .
(3) 由于采用的是性能可靠，應(yīng)用廣泛的數(shù)控系統(tǒng)和傳感器，再加上完善 的保護(hù)措施，所以整個系統(tǒng)的可靠性很高，鉚接的零件質(zhì)量的一致性好。


下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所 述的實施例范圍之中。
圖1是本發(fā)明托架系統(tǒng)中對雙曲面蒙皮進(jìn)行法向自動鉚接的安裝示意圖。 圖2是本發(fā)明工作系統(tǒng)的控制流程原理方框圖。
具體實施例方式
參見圖l。由于飛機(jī)蒙皮的半徑較大，因此在蒙皮較小范圍內(nèi)的弧度變化是 較小的。如果要檢測某一點的法線是否垂直，可以用一個平面水平去切以這個 點為中心的邊距相等的四個點，如果這四個點剛好在這個水平面上，即這四個 點的高度差為零。就可以認(rèn)為這個被檢測的點的法線在垂直位置，即處于法向 位置。這四個點的邊距越小，所得到的精度就越高，但檢測和控制就越困難。
在實際應(yīng)用中，本實施例選擇的邊距是200X200mm的四個點，在這個距離上兩 者得以兼顧。根據(jù)以上的理論，采用測量200X200mm邊距上的四個點的距離， 把測得的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后數(shù)控系統(tǒng)再來控制運動部件對零 件的相應(yīng)點進(jìn)行高度調(diào)整，直到四點的高度差在允許的范圍內(nèi)為止。其具體的 最佳實施技術(shù)方案是
1. 把曲型件，比如雙曲面蒙皮零件置于零件工裝1上，由四個超聲波傳感 器S1、 S2、 S3、 S4以自動鉆鉚機(jī)的鉚軸為對角線中心，組成一個邊長為200mm X200mm的正方形矩陣陣列，并將其安裝在位于零件正上方的同一個水平面上， 并以正方形的四個點作為被檢測的點的法線垂直測量位置。正方形的中心與自 動鉆鉚機(jī)的鉚軸中心基本重合。以上所述的超聲波傳感器可以選用美國邦納公 司生產(chǎn)的超小型高精度的超聲波傳感器。
2. 將作為運動部件的四個伺服電動葫盧Zl、 Z2、 Z3、 Z4，通過五根承重鐵 鏈條2,懸吊于零件工裝1兩側(cè)的三個點上組成懸掛零件托架，四個傳感器Sl、 S2、 S3、 S4分別對應(yīng)控制四個伺服電動葫蘆的升降；四個傳感器S1、 S2、 S3、 S4分別對應(yīng)四個伺服電動葫蘆Zl、 Z2、 Z3、 Z4。伺服電動葫蘆Z1， Z2分別作 用于零件工裝1 一邊的兩個端點上。在控制運動時，由相鄰伺服電動葫蘆Zl, Z2的傳感器S1、 S2發(fā)出信號分別控制伺服電動葫蘆Z1、 Z2的上升或下降。伺 服電動葫蘆Z3、 Z4通過一個杠桿共同作用于零件工裝l的另一邊的中點位置。 伺服電動葫蘆Z3、 Z4的運動方向受傳感器S3、 S4的共同控制，且是同步運動 的。四個伺服電動葫蘆通過鐵鏈懸吊于零件工裝l上的三個點，實現(xiàn)零件X、 Y、 Z向及法向的自動調(diào)整運動。
本發(fā)明的另一實施例是，兩個伺服電動葫蘆Z3、 Z4可以只用一個功率更大 的伺服電動葫蘆代替，因此只用三個伺服電動葫蘆也能實現(xiàn)三點懸掛控制。上 述實施例在此臺設(shè)備中選用四個相同的伺服電動葫蘆是考慮日后維護(hù)的互換 性。
3. 為提高抗干擾的能力，把四個傳感器設(shè)置為電流輸出型，通過示教方式 設(shè)置四個傳感器的測量窗口，盡量使四個傳感器的測量窗口相同，因為它們直
接影響到法向的控制精度。
4.編制數(shù)據(jù)處理軟件，這是法向控制成敗的關(guān)鍵?？梢赃x用三菱公司的高 速PLC (可編程序邏輯控制器)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換和法向數(shù)據(jù)處理及邏輯控制用。首 先根據(jù)實際情況確定理論法向位置時傳感器的數(shù)值。然后根據(jù)誤差要求計算出 對應(yīng)于傳感器測量數(shù)值的公差帶。把理論值加上公差帶后得出的數(shù)值范圍就是 它的控制范圍。如果某一個傳感器測出的數(shù)據(jù)大于了公差上限，那么就控制相 應(yīng)的伺服吊葫蘆上升，如果小于公差下限，就使它下降，如果在公差帶內(nèi)，相 應(yīng)的伺服葫蘆就保持不動。直到全部的測量數(shù)據(jù)都在公差范圍內(nèi)為止。此時系 統(tǒng)就認(rèn)為四點的高度差約等于零，鉚軸正下方那個點己經(jīng)處于法向位置，數(shù)控系 統(tǒng)停止調(diào)整并發(fā)出可以鉚接的信號。為托架及Z向法向控制調(diào)整用的數(shù)控系統(tǒng) 可以選用FANUC公司的01-MC數(shù)控系統(tǒng)。
參見圖2。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)接收到法向控制的啟動信號時，系統(tǒng)首先檢測數(shù)據(jù)處 理和邏輯判斷龜路送來的運動控制信號(即三菱公司高速PLC送來的信號)，系統(tǒng) 根據(jù)它送來的信號分別控制四個電機(jī)的驅(qū)動器驅(qū)動四個伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，伺服 電機(jī)帶動吊葫蘆使被鉚接零件作上升或下降運動。零件距離的變化被測量系統(tǒng) 檢測到，測量系統(tǒng)把距離的變化轉(zhuǎn)化成電信號的變化送給數(shù)據(jù)處理電路進(jìn)行數(shù) 據(jù)的分析計算和邏輯判斷，通過邏輯判斷得出四個伺服電機(jī)的運動方向和速度， 然后把這些方向信號和速度信號傳送給數(shù)控系統(tǒng)的PMC(機(jī)床可編程序控制器)， 數(shù)控系統(tǒng)的PMC根據(jù)這些信號調(diào)整發(fā)送給伺服電機(jī)驅(qū)動器的控制信號控制零件 的運動，直到零件到達(dá)法向位置為止。整個控制的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷 部分，這部分的功能是由軟件實現(xiàn)的。
以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變形和改進(jìn)，傳感 器的選擇可以考慮激光傳感器等其它測距傳感器，運動部件也可以選用其他電 動吊裝裝置，這些變更和改變應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種法向鉚接曲型件的控制方法，包括如下步驟1).在位于零件正上方的同一個水平面上，以自動鉆鉚機(jī)的鉚軸為對角線中心設(shè)置由四個測量傳感器組成的正方形陣列，并以正方形的四個點作為被檢測點的法線垂直測量位置；2).用四個伺服運動部件通過鐵鏈將零件工裝懸吊于兩側(cè)的三個點上組成懸掛零件托架，四個傳感器分別對應(yīng)控制所述四個運動部件的升降；3).設(shè)置四個傳感器的測量窗口，并把四個傳感器設(shè)置為電流輸出型；4).由數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)實際情況，確定理論法向位置時傳感器的數(shù)值，并按誤差要求計算出對應(yīng)于傳感器測量數(shù)值的公差帶；5).四個傳感器把測得的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，并由數(shù)控控制系統(tǒng)控制運動部件對零件的相應(yīng)點進(jìn)行高度調(diào)整，直到四點的高度差在允許的范圍內(nèi)為止，數(shù)控控制系統(tǒng)停止調(diào)整并發(fā)出可鉚接信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向鉚接曲型件的控制方法，其特征在于所述的 懸掛零件托架包括，通過五根承重鐵鏈條2懸吊于零件工裝兩側(cè)構(gòu)成的三點懸 掛。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的法向鉚接曲型件的控制方法，其特征在于所述 的三點懸掛包括分別作用于零件工裝一邊兩個端點上懸掛的伺服電動葫盧(Zl、 Z2)和通過一個杠桿共同作用于零件工裝另一邊中點位置懸掛的伺服電動葫盧(Z3、 Z4)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向鉚接曲型件的控制方法，其特征在于所述正方形的優(yōu)選邊距是200 X 200mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向鉚接曲型件的控制方法，其特征在于所述 的超聲波傳感器可以選用美國邦納公司生產(chǎn)的超小型高精度的超聲波傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向鉚接曲型件的控制方法，其特征在于步驟4 所述的數(shù)據(jù)處理軟件確定理論法向位置時傳感器的數(shù)值，并按誤差要求計算出 對應(yīng)于傳感器測量數(shù)值的公差帶，把理論值加上公差帶后得出的控制數(shù)值，通 過所述傳感器分別控制對應(yīng)伺服電動葫蘆在X、 Y、 Z向及法向的升降和自動調(diào) 整運動，直到全部的測量數(shù)據(jù)都在公差范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是涉及一種法向鉚接曲型件的控制方法。是在位于零件正上方的同一個水平面上，以自動鉆鉚機(jī)的鉚軸為對角線中心設(shè)置由四個測量傳感器組成的正方形陣列；用四個伺服運動部件通過鐵鏈將零件工裝懸吊于兩側(cè)的三個點上組成懸掛零件托架，四個傳感器分別對應(yīng)控制所述四個運動部件的升降；由數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)實際情況，確定理論法向位置時傳感器的數(shù)值，并按誤差要求計算出對應(yīng)于傳感器測量數(shù)值的公差帶；對零件的相應(yīng)點進(jìn)行高度調(diào)整，直到四點的高度差在允許的范圍內(nèi)才發(fā)出可鉚接信號。本發(fā)明采用的三點懸掛零件托架，取代人工視覺法向控制，解決了現(xiàn)有技術(shù)采用四點對稱懸掛零件無法完成曲型件法向鉚接的控制問題。可以。且成本低，效率高，可靠性好。
文檔編號B23P23/00GK101109946SQ20071004946
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者方 于, 周文強(qiáng), 熊麗萍 申請人:成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司