專利名稱：翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，屬于作業(yè)運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)接制孔是翼身對(duì)合裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制孔效率直接制約飛機(jī)總裝周期，而制孔 質(zhì)量也將直接影響連接結(jié)構(gòu)件的抗疲勞性能。尤其伴隨航空結(jié)構(gòu)件向著薄壁化、整體化和 復(fù)雜化方向發(fā)展，整機(jī)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)壽命、高質(zhì)量、高效率等方面的要求，加以復(fù)合材料、鈦合金等 難加工材料的用量大幅度增加，使裝配制孔比以往要求更高、更精。翼身對(duì)接制孔由于受到加工部位不易定位與裝夾、作業(yè)環(huán)境狹小、倒立制孔不便 等因素的影響，目前它的制孔方式多采用傳統(tǒng)的手工鉆削。同時(shí)，由于制孔過(guò)程中難以準(zhǔn)確 實(shí)現(xiàn)盲孔對(duì)接，該操作需要通過(guò)一系列“預(yù)制底孔_擴(kuò)孔_鉸孔”的復(fù)雜工序流程，加之孔位 法矢檢測(cè)受人控誤差較大等因素的困擾，使制孔質(zhì)量穩(wěn)定性較差，作業(yè)效率也較低。因此， 迫切需要研制翼身對(duì)接制孔自動(dòng)化裝備。在飛機(jī)裝配自動(dòng)制孔方面，目前基于機(jī)器人制孔技術(shù)的應(yīng)用較為成熟。如美國(guó) Electroimpact公司成功開發(fā)了一種柔性軌道制孔系統(tǒng)，即柔性軌道機(jī)器人+制孔末端執(zhí) 行器+監(jiān)測(cè)及標(biāo)定系統(tǒng)，工作時(shí)載有制孔末端執(zhí)行器與檢測(cè)標(biāo)定系統(tǒng)的柔性軌道機(jī)器人是 通過(guò)柔性軌道的真空杯吸附在工件上。再有西班牙Fatronic Tecnalia公司也研發(fā)了一種 基于爬行機(jī)器人的自動(dòng)制孔系統(tǒng)，即采用自主爬行機(jī)器人+制孔末端執(zhí)行器+監(jiān)測(cè)及標(biāo)定 系統(tǒng)，它是通過(guò)帶有真空吸盤的自主爬行機(jī)器人在監(jiān)控及標(biāo)定系統(tǒng)的協(xié)助下將制孔末端執(zhí) 行器送至指定位置。兩種自動(dòng)制孔系統(tǒng)因采用了真空吸附技術(shù)，要求工件表面相對(duì)平整且 曲率變化較小，因而主要用于大飛機(jī)的大型工件或部件的加工。此外，中國(guó)申請(qǐng)(專利)號(hào) 200810121353. 1公布了一種應(yīng)用于飛機(jī)輔助裝配的工業(yè)機(jī)器人切削加工系統(tǒng)及方法，該 系統(tǒng)是由工業(yè)機(jī)械臂+制孔末端執(zhí)行器+監(jiān)測(cè)及標(biāo)定系統(tǒng)組成。由于機(jī)械臂可具有多自由 度，此類自動(dòng)制孔系統(tǒng)能適合于工件表面復(fù)雜、制孔位置精度較高的加工，但需提供機(jī)械臂 足夠的工作空間。對(duì)翼身對(duì)接制孔而言，上述的三種機(jī)器人型自動(dòng)制孔系統(tǒng)顯然不能滿足 作業(yè)環(huán)境要求，而且三種自動(dòng)制孔系統(tǒng)均未涉及翼身對(duì)接裝配中盲孔定位問(wèn)題。在盲孔對(duì)接制孔定位上，美國(guó)Grand Pacific公司提供了一種蒙皮盲孔定位系統(tǒng)， 主要包括一套傳感器、鉆孔定位器、真空吸盤系統(tǒng)、定位顯示屏、磁鐵及供電電源。操作時(shí)， 首先由操作者手持鉆孔定位器，并將其放置工件表面；然后根據(jù)工件背面盲孔中磁鐵的場(chǎng) 強(qiáng)分布在定位顯示屏上的移動(dòng)指向進(jìn)行粗定位；當(dāng)手持鉆孔定位器與磁鐵基本能實(shí)現(xiàn)對(duì)中 時(shí)，接著利用真空吸盤系統(tǒng)吸附在工件上再進(jìn)行精確定位。因此，該裝置在定位過(guò)程中具有 很大隨機(jī)性。同時(shí)，該系統(tǒng)在定位過(guò)程中需要較大的作業(yè)空間，而翼身對(duì)接只是一個(gè)寬度為 50 80毫米的窄帶，顯然精定位時(shí)存在吸盤安裝問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有自動(dòng)制孔系統(tǒng)、盲孔定位裝置的技術(shù)不足，提出了一種盲孔定位效率高、自動(dòng)化程度高、操作方便的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)及方法，尤其適合于翼 身對(duì)接件為難加工材料的高精度孔系的自動(dòng)制孔系統(tǒng)與方法?！N翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于盲孔定位的孔定位單 元，便于搬運(yùn)的可移車體，安裝于可移車體上頂面的法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)，還包括安裝在法矢調(diào)姿 機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)上的法矢檢測(cè)單元和制孔單元，以及一個(gè)用于整個(gè)系統(tǒng)集中控制的中央控制單 元，其中(1)上述孔定位單元，包括吸盤、安裝于吸盤上的罩殼、通過(guò)一組周向與徑向運(yùn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)安裝于罩殼上的磁傳感器，還包括一個(gè)與周向與徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的運(yùn)動(dòng)控制指令分 析生成模塊、一個(gè)與磁傳感器相連的磁場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)分析處理模塊，以及一個(gè)固定在磁傳感 器上的打標(biāo)裝置；(2)上述法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)包括可實(shí)現(xiàn)X、Y方向移動(dòng)的工作臺(tái)與安裝于工作臺(tái)上可實(shí) 現(xiàn)Χ、γ兩向轉(zhuǎn)動(dòng)、Z向移動(dòng)的三桿并聯(lián)平臺(tái)。(3)上述法矢檢測(cè)單元包括一個(gè)圖像對(duì)中傳感器、以及位于同一圓上三等分處的 三個(gè)光學(xué)位移傳感器；(4)上述制孔單元為傳統(tǒng)鉆孔裝置或螺旋銑孔裝置。一種基于上述翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)的制孔方法，其特征在于包括以下步驟步驟1、利用孔定位單元采用磁定位原理確定盲孔在翼身外表面的投影位置，并作 標(biāo)志點(diǎn)，具體過(guò)程如下(1)、在盲孔中放置磁體粗略估計(jì)磁體的位置，將孔定位單元安放在翼身對(duì)接的外 表面，并確保孔定位單元中的磁傳感器能檢測(cè)到磁場(chǎng)信號(hào)；(2)、使磁傳感器在翼身對(duì)接表面上先繞固定點(diǎn)以固定半徑做圓周方向掃描，到達(dá) 圓周方向上強(qiáng)度最大位置；再以沿徑向直線方向掃描，再次到達(dá)徑向上強(qiáng)度最大位置，即為 盲孔在外表面的投影位置；在外表面作下標(biāo)志點(diǎn)；步驟2、通過(guò)光學(xué)檢測(cè)方法確定標(biāo)記點(diǎn)在制孔裝置坐標(biāo)系下位姿，具體過(guò)程如下(1)、利用法矢檢測(cè)單元中的圖像對(duì)中傳感器采集的孔標(biāo)記點(diǎn)圖像信息，自動(dòng)算出 孔標(biāo)記點(diǎn)與圖像中心的偏差，不斷進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)與圖像對(duì)中傳感器的對(duì)中調(diào)整直至完成對(duì)中 過(guò)程，然后通過(guò)中央控制單元記錄下該標(biāo)志點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置坐標(biāo)系下坐標(biāo)；(2)、利用法矢檢測(cè)單元中的三個(gè)光學(xué)位移傳感器在標(biāo)志點(diǎn)附近進(jìn)行光束投影， 在標(biāo)志點(diǎn)附近形成三個(gè)投影點(diǎn)，再利用光學(xué)位移傳感器確定其投影點(diǎn)相對(duì)自身的距離，將 三個(gè)距離數(shù)據(jù)送至中央控制單元，由中央控制單元解算出三個(gè)投影點(diǎn)構(gòu)成的平面的法矢方 位，由于三個(gè)投影點(diǎn)與標(biāo)記點(diǎn)非常接近且翼面曲率較小，因此三個(gè)投影點(diǎn)構(gòu)成的平面的法 矢方位即為標(biāo)記點(diǎn)法矢方位。步驟3、最終并根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)位姿生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令控制制孔單元進(jìn)行孔的加工。其中，所述磁傳感器進(jìn)行圓周方向掃描或徑向直線方向掃描時(shí)，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度最 大位置即對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)強(qiáng)度由弱增強(qiáng)，再由強(qiáng)減弱的突變時(shí)刻。進(jìn)行圓周方向掃描時(shí)，若磁傳 感器受到結(jié)構(gòu)限制每次僅能進(jìn)行圓周上的一段圓弧的掃描，且磁場(chǎng)強(qiáng)度最大位置位于圓弧 兩端，則使定位裝置繞固定點(diǎn)沿該圓弧上磁場(chǎng)強(qiáng)度增大方向旋轉(zhuǎn)過(guò)一定角度重新檢測(cè)。進(jìn) 行徑向直線方向掃描時(shí)，若磁傳感器受到結(jié)構(gòu)限制每次僅能進(jìn)行徑向直線方向上一直線
4段的掃描，且磁場(chǎng)強(qiáng)度最大位置位于直線段兩端，則使定位裝置沿著直線段磁場(chǎng)強(qiáng)度增大 方向?qū)⒖锥ㄎ粏卧七^(guò)一定距離重新檢測(cè)。另外，所述圖像對(duì)中傳感器在法矢調(diào)姿時(shí)，通過(guò)電動(dòng)伸縮缸被送到工作孔軸線上， 法矢調(diào)姿結(jié)束時(shí)再通過(guò)電動(dòng)伸縮缸縮回原來(lái)位置，便于下方制孔單元刀具沿工作孔的軸向 進(jìn)給完成孔的加工。

圖1.為根據(jù)本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔裝置一較佳實(shí)施案例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.為本發(fā)明的孔定位單元一較佳實(shí)施案例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3.為本發(fā)明的磁傳感器在盲孔檢測(cè)時(shí)運(yùn)行路線示意圖；圖4.為圖1的法矢檢測(cè)單元對(duì)圖像中傳感器安裝示意圖；圖5.為圖4的俯視圖，且三個(gè)光學(xué)位移傳感器安裝于圖示位置；圖6.為圖1的法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)一較佳實(shí)施案例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7.為圖1的可移車體一較佳實(shí)施案例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8.為本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔裝置系統(tǒng)組成框圖；圖9.為本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔方法的一個(gè)實(shí)施流程圖；圖10.為本發(fā)明的盲孔自動(dòng)定位的一個(gè)較佳實(shí)施流程圖；圖11.為本發(fā)明的盲孔法矢檢測(cè)的一個(gè)較佳實(shí)施流程圖。圖1中標(biāo)號(hào)名稱1000、制孔單元，2000、法矢檢測(cè)單元，3000、法向調(diào)姿機(jī)構(gòu)， 30001-1、工作臺(tái)，3000-2、三桿并聯(lián)平臺(tái)，4000、可移機(jī)體，5000、中央控制臺(tái)。圖2中標(biāo)號(hào)名稱7000、孔定位單元，7001、手柄，7002、罩殼，7003、吸盤，7004、 磁傳感器支架，7005、磁傳感器，7006、手持控制器，7006-1、磁場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)分析處理模塊， 7006-2、周向與徑向運(yùn)動(dòng)控制指令分析生成模塊，7007、打標(biāo)裝置，7008、動(dòng)滑輪。圖3中標(biāo)號(hào)名稱1、第一檢測(cè)方向(圓周方向)初始位置，II、第一檢測(cè)方向結(jié)束 位置，III、第一檢測(cè)方向磁場(chǎng)強(qiáng)度最大處/第二檢測(cè)方向(直徑方向)初始位置，IV、第二 檢測(cè)方向結(jié)束位置，V、第二檢測(cè)方向磁場(chǎng)強(qiáng)度最大處，708、圓柱型磁鐵。圖4、圖5中標(biāo)號(hào)名稱2001、殼體，2002、擋塊，2003、安裝座，2004、圖像對(duì)中傳感 器，2005、電動(dòng)伸縮缸，2006、固定支架，2007、三光學(xué)位移傳感器，2008、工作孔。圖6中標(biāo)號(hào)名稱3000_1、工作平臺(tái)，3001、定平臺(tái)，3002、動(dòng)平臺(tái)，3003、電動(dòng)伸縮 桿，3004、制孔單元安裝孔，3005、虎克鉸/球鉸，3006、滑軌。圖7中標(biāo)號(hào)名稱4001、工作平臺(tái)安裝面，4002、升降支撐裝置，4003、組合車架， 4004、控制柜。圖8、圖9、圖10、圖11中標(biāo)號(hào)名稱1-6、1-305、方法實(shí)施步驟。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔方法及系統(tǒng)，主要是利用磁定位原理首先確定盲孔在 翼身外表面的投影位置并作標(biāo)志點(diǎn)，通過(guò)光學(xué)檢測(cè)技術(shù)主動(dòng)獲取該標(biāo)志點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置 坐標(biāo)系下的位姿，最后根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)位姿控制制孔單元完成孔的加工。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)介 紹本發(fā)明涉及方法與裝置的具體實(shí)施方案。
5[0041]圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、和圖7，為本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)一個(gè)具 體實(shí)施案例，它包括孔定位單元7000、制孔單元1000、法矢檢測(cè)單元2000、法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu) 3000、可移機(jī)體4000及一中央控制單元5000，其特征在于孔定位單元7000，該裝置是由一磁傳感器7005、一組周向與徑向的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 7004、一個(gè)打標(biāo)裝置7007及一個(gè)用以控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7004與磁傳感器7005的手持控制器 7006組成。所述的磁傳感器7005被固定在周向與徑向的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7004動(dòng)力輸出元件上， 同時(shí)該磁傳感器7005上還裝有一個(gè)打標(biāo)裝置7007。周向與徑向的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7004包括兩 個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)一是周向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，另一是徑向伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)，均位于孔定位單元?dú)んw (7002)內(nèi)。該周向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是通過(guò)一齒輪齒條傳動(dòng)與一固定于扇形齒條上的懸臂支 架相連，而徑向伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)是經(jīng)過(guò)布置在懸臂支架上的一條柔索和一個(gè)動(dòng)滑輪7008與 磁傳感器7005相連。所述手持控制器7006的數(shù)據(jù)處理單元包括磁場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)分析處理模 塊7006-1、周向與徑向運(yùn)動(dòng)控制指令分析生成模塊7006-2，與周向、徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng) 裝置、磁傳感器均進(jìn)行電性連接。通過(guò)手持控制器70006來(lái)調(diào)控磁傳感器7005的周向或徑 向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一定區(qū)域內(nèi)孔點(diǎn)自動(dòng)搜索、定位的目的。法向調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000，該機(jī)構(gòu)安裝在可移車體4000上頂面，同時(shí)其上裝有法矢檢測(cè) 單元2000和制孔單元1000。在制孔單元1000法矢調(diào)節(jié)起步階段，法矢檢測(cè)單元的圖像對(duì) 中傳感器2004通過(guò)電動(dòng)伸縮缸2005調(diào)至圖4所示位置(工作狀體)，與此同時(shí)法矢調(diào)節(jié)機(jī) 構(gòu)的工作臺(tái)3000-1通過(guò)手動(dòng)/自動(dòng)控制方式使工作臺(tái)3000-1沿X、Y軸向盲孔的標(biāo)記點(diǎn)靠 近。當(dāng)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)入圖像對(duì)中傳感器2004工作范圍內(nèi)，工作臺(tái)3000-1自動(dòng)轉(zhuǎn)入由圖像對(duì)中 傳感器2004檢測(cè)信息控制階段，直至完成法矢檢測(cè)單元2000與標(biāo)記點(diǎn)的對(duì)中調(diào)整。確定 標(biāo)記點(diǎn)法矢時(shí)，法矢檢測(cè)單元2000的三個(gè)光學(xué)位移傳感器2007通過(guò)檢測(cè)距自身在標(biāo)記點(diǎn) 附件投影點(diǎn)的距離，送至中央控制器5000解算出標(biāo)記點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置坐標(biāo)系下機(jī)翼表 面的法矢方位。接著，結(jié)合對(duì)中結(jié)束時(shí)坐標(biāo)點(diǎn)的X、Y兩向坐標(biāo)，由中央控制器5000規(guī)劃出 法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000各自由度的運(yùn)動(dòng)增量，控制法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000帶動(dòng)制孔單元2000行至 標(biāo)記點(diǎn)的法矢狀態(tài)，即制孔時(shí)刀具位姿。此時(shí)，法矢檢測(cè)單元2000的圖像對(duì)中傳感器2004 縮回初始位置，制孔單元1000便可進(jìn)入制孔操作。為了便于裝置搬運(yùn)，上述法矢檢測(cè)2000、法矢檢測(cè)機(jī)構(gòu)3000、控制柜2004等部件 均置于一個(gè)可移車體4000上。進(jìn)入翼身對(duì)接制孔工位時(shí)，通過(guò)可移車體的升降支撐裝置 4002撐起整個(gè)制孔裝置并與地面進(jìn)行固連，以防制孔時(shí)車體發(fā)生側(cè)滑。圖8、圖9和圖10、圖11，為本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔方法的一個(gè)較佳實(shí)施案例 的四個(gè)工作流程圖。圖8中，本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔方法包括如下步驟步驟1 在翼身對(duì)接部位的多個(gè)盲孔中依次擺放一磁體7008，且保證相鄰兩磁體 間無(wú)明顯相互磁場(chǎng)干擾。步驟2 將孔定位單元7000粗略地?cái)[放在每個(gè)磁體所對(duì)應(yīng)的翼身外表面處，通過(guò) 手持控制器7006控制磁傳感器7005沿著圖2中設(shè)定方向運(yùn)行，磁傳感器7005最終行至磁 場(chǎng)強(qiáng)度最大處(V)，即盲孔在翼身外表面的投影位置，并作下標(biāo)志點(diǎn)。通過(guò)反復(fù)地執(zhí)行本操 作，完成所有標(biāo)記點(diǎn)的確定。步驟3 將圖1所示的自動(dòng)制孔裝置移至翼身對(duì)接下方，通過(guò)支撐裝置4002撐起
6可移車體4000，并與地面進(jìn)行固連以防止整個(gè)裝置因受到切削載荷而發(fā)生側(cè)滑。利用法矢 檢測(cè)單元2000求解上述標(biāo)志點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置坐標(biāo)系下位姿。步驟4 根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置坐標(biāo)系下位姿，由中央控制平臺(tái)5000規(guī)劃出 法向調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000的運(yùn)動(dòng)指令，帶動(dòng)制孔單元1000行至標(biāo)志點(diǎn)的法向位姿。步驟5 制孔單元1000在安裝至法向調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000前根據(jù)孔的尺寸將刀具1303 已調(diào)至所需的偏置狀態(tài)。根據(jù)翼身連接件的材料、厚度設(shè)置合適的切削用量，完成制孔操 作。步驟6 法向調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000帶動(dòng)制孔單元1000返回初始狀態(tài)，或轉(zhuǎn)至步驟3執(zhí)行 其后部分操作，繼續(xù)進(jìn)行下一連接孔的加工。圖3、圖7中，本發(fā)明的盲孔自動(dòng)定位方法包括如下步驟步驟201 根據(jù)各盲孔對(duì)接的加工厚度及其孔徑大小，在孔內(nèi)依次選放一組圓柱 型磁體7008。步驟202 粗略估計(jì)待定磁體位置，將孔定位單元7000擺放在翼身對(duì)接的外表面， 若無(wú)磁場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)可通過(guò)調(diào)整孔定位單元的位置，有磁場(chǎng)信號(hào)即可。步驟203 如圖3所示，利用孔定位單元7000首先進(jìn)行第一檢測(cè)方向(圓周方向) 磁場(chǎng)檢測(cè)磁傳感器7005圍繞孔定位單元的殼體7001周向旋轉(zhuǎn)，并使其沿著磁場(chǎng)強(qiáng)度增 強(qiáng)的方向(I — II)，若執(zhí)行一段時(shí)間后出現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減現(xiàn)象，此時(shí)通過(guò)手持控制器7006 根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)控制磁傳感器7005返回本階段磁場(chǎng)強(qiáng)度最大處。若檢測(cè)過(guò)程中磁場(chǎng)強(qiáng)度最 大值位于圓弧兩端，則將孔定位單元7000沿著場(chǎng)強(qiáng)在圓弧增大方向轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，重新檢 測(cè)。步驟204:利用孔定位單元7000進(jìn)行第二檢測(cè)方向(徑向直線段方向)磁場(chǎng)檢 測(cè)控制磁傳感器7005沿著孔定位單元7000的殼體7001徑向運(yùn)動(dòng)，并使其運(yùn)動(dòng)沿著磁場(chǎng) 強(qiáng)度增大方向(III — IV)，若執(zhí)行一段時(shí)間后出現(xiàn)磁場(chǎng)強(qiáng)度遞減現(xiàn)象，此時(shí)通過(guò)手持控制 器7006根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)控制磁傳感器7005返回本階段磁場(chǎng)強(qiáng)度最大處。若檢測(cè)過(guò)程中磁場(chǎng) 強(qiáng)度最大值位于徑向直線段兩端，則將孔定位單元7000沿著場(chǎng)強(qiáng)在直線段增大方向移過(guò) 一定距離，重新檢測(cè)。步驟205 此時(shí)磁傳感器7005到達(dá)位置是磁鋼在翼身表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大處V，即 盲孔在外表面的投影位置，作下標(biāo)志點(diǎn)。若繼續(xù)進(jìn)行下一盲孔定位，則返回步驟202執(zhí)行。圖13中，為本發(fā)明的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔方法的孔點(diǎn)法矢檢測(cè)與調(diào)節(jié)的一個(gè)實(shí)施 案例的操作步驟步驟301 在中央平臺(tái)5000控制下，載有制孔單元1000的法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000以
自動(dòng)/手動(dòng)控制方式向標(biāo)志點(diǎn)運(yùn)行。步驟302 當(dāng)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)入法矢檢測(cè)單元2000的工作范圍，由安裝在制孔單元1000 前端的圖像對(duì)中傳感器2004采集的圖像信息自動(dòng)算出孔標(biāo)記點(diǎn)與圖像中心的像素偏差， 不斷進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)與圖像對(duì)中傳感器兩者位置的對(duì)中調(diào)整直至完成對(duì)中過(guò)程。然后通過(guò)中央 控制單元50000記錄下該標(biāo)志點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置坐標(biāo)系下坐標(biāo)。步驟303 利用法矢檢測(cè)單元2000中安裝在同一平面上的三個(gè)光學(xué)位移傳感器 2007進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)的法矢確定。即確定刀具進(jìn)給方向。為了提高檢測(cè)精度，三個(gè)光學(xué)位移傳感 器均被旋轉(zhuǎn)過(guò)一定角度安裝，并且處于同一個(gè)圓上三等分處。通過(guò)三個(gè)光學(xué)位移傳感器在標(biāo)志點(diǎn)附近進(jìn)行光束投影，在標(biāo)志點(diǎn)附近形成三個(gè)投影點(diǎn)。再利用每個(gè)光學(xué)位移傳感器確 定其投影點(diǎn)相對(duì)自身的距離。將三個(gè)距離數(shù)據(jù)并送至中央控制器5000，由中央控制器5000 解算出三個(gè)投影點(diǎn)構(gòu)成的平面的法矢方位。由于三個(gè)投影點(diǎn)與標(biāo)記點(diǎn)非常接近，因此三個(gè) 投影點(diǎn)構(gòu)成的平面的法矢方位即為標(biāo)記點(diǎn)法矢方位。步驟304 根據(jù)步驟302、303獲得的標(biāo)志點(diǎn)在自動(dòng)制孔裝置坐標(biāo)系下位置與法矢， 結(jié)合法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000的結(jié)構(gòu)模型，由中央控制平臺(tái)5000規(guī)劃出法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000各自 由度的運(yùn)動(dòng)增量，控制法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)3000帶動(dòng)制孔單元1000運(yùn)行至標(biāo)志點(diǎn)法矢位姿。步驟305 至此制孔單元1000相對(duì)標(biāo)志點(diǎn)法矢位姿的調(diào)姿完成，制孔單元1000便 可執(zhí)行制孔操作。若需進(jìn)行下一孔的加工，則返回步驟302。以上所述僅為本發(fā)明涉及的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)及方法的一個(gè)較佳實(shí)施方式， 但本發(fā)明的實(shí)施范圍并不局限于此例。如圖6所示上述三桿并聯(lián)平臺(tái)3000-2包括安裝于工作臺(tái)3000-1上的定平臺(tái) 3001，通過(guò)三根電動(dòng)伸縮絲杠3003安裝于定平臺(tái)3001上的動(dòng)平臺(tái)3002，在電動(dòng)伸縮絲杠 與定平臺(tái)或動(dòng)平臺(tái)的連接處采用球鉸或虎克鉸3005。如圖4、5所示上述法矢檢測(cè)單元具體結(jié)構(gòu)如下包括設(shè)有工作孔2008的殼體 2001，還包括安裝于殼體2001內(nèi)壁上電動(dòng)伸縮缸2005 ；所述圖像對(duì)中傳感器2004安裝于 電動(dòng)伸縮缸伸出桿2003上；所述三個(gè)光學(xué)位移傳感器2007安裝于以殼體2001工作孔2008 為圓心的端面圓上。
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權(quán)利要求一種翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括用于盲孔定位的孔定位單元(7000)，便于搬運(yùn)的可移車體(4000)，安裝于可移車體(4000)上頂面的法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)(3000)，還包括安裝在法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)(3000)動(dòng)平臺(tái)上的法矢檢測(cè)單元(2000)和制孔單元(1000)，以及一個(gè)用于整個(gè)系統(tǒng)集中控制的中央控制單元(5000)，其中上述孔定位單元(7000)，包括吸盤(7003)、安裝于吸盤上的罩殼(7002)、通過(guò)一組周向與徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于罩殼上的磁傳感器(7005)，還包括一個(gè)與周向與徑向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的運(yùn)動(dòng)控制指令分析生成模塊(7006 1)、一個(gè)與磁傳感器(7005)相連的磁場(chǎng)檢查數(shù)據(jù)分析處理模塊(7006 2)，以及一個(gè)固定在磁傳感器(7005)上的打標(biāo)裝置(7007)；上述法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)(3000)包括可實(shí)現(xiàn)X、Y方向移動(dòng)的工作臺(tái)(3000 1)與安裝于工作臺(tái)(3000 1)上可實(shí)現(xiàn)X、Y兩向轉(zhuǎn)動(dòng)、Z向移動(dòng)的三桿并聯(lián)平臺(tái)(3000 2)；上述法矢檢測(cè)單元(2000)包括一個(gè)圖像對(duì)中傳感器(2004)、以及位于同一圓上三等分處的三個(gè)光學(xué)位移傳感器(2007)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，其特征在于所述孔定位單元(7000)的周向與徑向的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)具體結(jié)構(gòu)如下包括一個(gè)周向旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)徑向伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)，周向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)是通過(guò)輸出軸上的齒輪與一帶有懸 臂支架(7004)的扇形齒條相連，所述磁傳感器(7005)安裝于懸臂支架(7004)的動(dòng)滑輪上 并經(jīng)過(guò)布置在懸臂支架上的一條柔索與徑向伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，其特征在于上述三桿并聯(lián)平臺(tái)(3000-2)包括安裝于工作臺(tái)(3000-1)上的定平臺(tái)(3001)，通過(guò)三 根電動(dòng)伸縮絲杠(3003)安裝于定平臺(tái)(3001)上的動(dòng)平臺(tái)(3002)，在電動(dòng)伸縮絲杠與定平 臺(tái)或動(dòng)平臺(tái)的連接處采用球鉸或虎克鉸(3005)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，其特征在于上述法矢檢測(cè)單元具體結(jié)構(gòu)如下包括設(shè)有工作孔(2008)的殼體(2001)，還包括安裝 于殼體(2001)內(nèi)壁上電動(dòng)伸縮缸(2005)；所述圖像對(duì)中傳感器(2004)安裝于電動(dòng)伸縮缸伸出桿(2003)上；所述三個(gè)光學(xué)位移傳感器(2007)安裝于以殼體(2001)工作孔(2008)為圓心的端面 圓上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，其特征在于所述制孔單元(1000)為傳統(tǒng)鉆孔裝置或螺旋銑孔裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種翼身對(duì)接自動(dòng)制孔系統(tǒng)，屬于作業(yè)運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。該方法主要是利用磁定位原理首先確定盲孔在翼身外表面的投影位置并作標(biāo)志點(diǎn)，其次通過(guò)圖像處理技術(shù)確定該標(biāo)記點(diǎn)在制孔裝置坐標(biāo)系中的位姿，最后根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)位姿生成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制指令控制制孔單元完成孔的加工。其系統(tǒng)主要由孔定位單元(7000)、制孔單元(1000)、法矢檢測(cè)單元(2000)、法矢調(diào)姿機(jī)構(gòu)(3000)、可移車體(4000)、中央控制單元(5000)六部分組成。本實(shí)用新型涉及的方法及系統(tǒng)能很好解決翼身對(duì)接連接孔的加工問(wèn)題。
文檔編號(hào)B23Q7/00GK201744691SQ20102014869
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者何寧, 單以才, 卞榮, 李亮, 楊吟飛, 秦曉杰, 趙威, 陳建立 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué);南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院