多功能自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器及自動(dòng)鉆鉚方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空領(lǐng)域飛機(jī)自動(dòng)化裝配的一種設(shè)備，特別涉及一種以可移動(dòng)機(jī)床或關(guān)節(jié)機(jī)器人為載體，適用于對(duì)飛機(jī)翼類(lèi)或者機(jī)身框架類(lèi)部件的自動(dòng)化鉆孔、锪窩以及鉚接的設(shè)備，屬于航空自動(dòng)化裝配領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)部件的裝配主要是通過(guò)鉚接方式實(shí)現(xiàn)，鉚接質(zhì)量直接影響到飛機(jī)的性能和安全性，是飛機(jī)制造過(guò)程中一項(xiàng)非常重要的工藝環(huán)節(jié)。以往的末端執(zhí)行器，僅可以完成對(duì)工件的制孔和锪窩任務(wù)，但鉚接任務(wù)仍由人工實(shí)現(xiàn)，人工鉚接效率低下，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，不利于生產(chǎn)效率的提高，亦不能充分發(fā)揮自動(dòng)化制孔锪窩的優(yōu)勢(shì)。此外，以往的末端執(zhí)行器大都以關(guān)節(jié)機(jī)器人為載體。故本發(fā)明提出一種具備了抽鉚功能的自動(dòng)化鉆鉚末端執(zhí)行器，以關(guān)節(jié)機(jī)器人與可移動(dòng)機(jī)床為載體，可完成對(duì)翼類(lèi)或者機(jī)身框架類(lèi)部件的自動(dòng)化裝配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種多功能自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器，由控制系統(tǒng)控制，以機(jī)床或機(jī)器人為載體，其特征在于:集成基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊、法向找正模塊、壓力腳模塊、制孔锪窩模塊、鉚釘接收及檢測(cè)模塊、工位轉(zhuǎn)換模塊、抽鉚模塊，各模塊均包括控制電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分，控制電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)與各模塊的控制電路通訊；
[0004]其中:
[0005]基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括2D激光輪廓儀、直線伺服滑臺(tái)、光柵尺，2D激光輪廓儀安裝在直線伺服滑臺(tái)上隨動(dòng)；
[0006]法向找正模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括壓力腳模塊兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的4個(gè)激光位移傳感器；
[0007]壓力腳模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括安裝在導(dǎo)軌上由雙氣缸驅(qū)動(dòng)的壓力腳，氣缸通過(guò)托板、法蘭盤(pán)與機(jī)床或機(jī)器人固定連接；
[0008]制孔锪窩模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括安裝在移動(dòng)平臺(tái)上的鉆鉚設(shè)備、驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)的電機(jī)、檢測(cè)刀具進(jìn)給量并反饋至控制電路的長(zhǎng)度計(jì)量計(jì)，及刀具破損檢測(cè)傳感器；
[0009]鉚釘接收及檢測(cè)模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括接釘模塊和檢測(cè)模塊，接釘模塊包括安裝在移動(dòng)平臺(tái)上的夾釘氣爪，接釘模塊通過(guò)送釘管道與送釘系統(tǒng)連接，檢測(cè)模塊包括直徑檢測(cè)傳感器、長(zhǎng)度檢測(cè)傳感器；
[0010]工位轉(zhuǎn)換模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括托板、安裝在托板上的滑臺(tái)機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)、2個(gè)導(dǎo)軌制動(dòng)器，托板預(yù)留制孔锪窩模塊、抽鉚模塊接口 ；
[0011]抽鉚模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括鉚槍、控制鉚槍的電磁閥、進(jìn)給氣缸，鉚槍通過(guò)連接件與進(jìn)給氣缸連接。
[0012]一種多功能自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器的自動(dòng)鉆鉚方法，其特征在于包括如下步驟:
[0013]I)基準(zhǔn)孔檢測(cè):基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊檢測(cè)并識(shí)別工件基準(zhǔn)孔，獲取基準(zhǔn)孔圓心的坐標(biāo)，并與預(yù)期坐標(biāo)進(jìn)行比較，得出位置誤差，對(duì)待加工孔的位置進(jìn)行修正，控制機(jī)床或機(jī)器人定位至待加工孔位；
[0014]2)法向找正:法向找正模塊利用4個(gè)激光位移傳感器，通過(guò)法向檢測(cè)算法擬合出待加工孔所在近似平面的法矢，并對(duì)機(jī)床或機(jī)器人法向姿態(tài)偏差進(jìn)行補(bǔ)償，使刀具中心線與待加工表面法向重合；
[0015]3)壓力腳壓緊工件:壓力腳模塊在鉆孔之前壓緊工件，壓力腳模塊具有真空旁路吸肩單元，對(duì)制孔工作中產(chǎn)生的粉塵和廢肩進(jìn)行吸除，采用氣缸和電磁比例閥調(diào)整壓緊力，并通過(guò)PID控制保持耦合力的恒定；
[0016]4)制孔與锪窩:當(dāng)工件將要鉆透時(shí)，調(diào)整主軸進(jìn)給速度，控制鉆頭軸向力，減小鉚釘出口的毛刺，鉆通后鉆锪一體化刀具繼續(xù)進(jìn)給，進(jìn)行锪窩；在锪窩過(guò)程中，長(zhǎng)度計(jì)量計(jì)精確檢測(cè)主軸進(jìn)給量并反饋至控制單元；刀具破損檢測(cè)傳感器每次制孔之前對(duì)刀具進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)將要進(jìn)行制孔工作的刀具是否準(zhǔn)備就緒，采用光簾式光電傳感器作為刀具破損檢測(cè)傳感器，配合反光板，傳感器將檢測(cè)狀態(tài)反饋至控制系統(tǒng)；
[0017]5)鉚釘?shù)慕邮张c檢測(cè):在制孔與锪窩的同時(shí)，接釘模塊接收送釘管道被壓縮氣體吹來(lái)的抽芯鉚釘，并配合檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)鉚釘直徑與長(zhǎng)度的檢測(cè)，并最終由接釘模塊將鉚釘插入鉚槍槍頭；
[0018]6)工位轉(zhuǎn)換:工位轉(zhuǎn)換模塊利用滑臺(tái)對(duì)制孔锪窩工位和鉚接工位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，利用導(dǎo)軌制動(dòng)器對(duì)工位轉(zhuǎn)換模塊位置鎖緊；
[0019]7)對(duì)工件的抽鉚:抽鉚模塊通過(guò)鉚槍將鉚釘插入工件孔內(nèi)，并最終完成對(duì)工件的鉚接任務(wù)。
[0020]進(jìn)一步，基準(zhǔn)孔檢測(cè)中，通過(guò)2D激光輪廓儀獲得基準(zhǔn)孔弦線兩端點(diǎn)的X、Z坐標(biāo)。直線伺服滑臺(tái)帶動(dòng)2D激光輪廓儀在Y方向上移動(dòng)，并通過(guò)光柵尺測(cè)得移動(dòng)距離，得到端點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，最終計(jì)算得到基準(zhǔn)孔實(shí)際圓心坐標(biāo)，再將計(jì)算所得坐標(biāo)值與預(yù)期坐標(biāo)值進(jìn)行比較，并對(duì)所有待加工孔的坐標(biāo)值進(jìn)行修正。
[0021]本發(fā)明將航空工件裝配中的鉚接環(huán)節(jié)，通過(guò)高度集成一體化的多功能自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器來(lái)完成，其包含實(shí)現(xiàn)鉆孔、锪窩、除肩、鉚接全過(guò)程的功能模塊，過(guò)程控制中具有檢測(cè)、定位、轉(zhuǎn)換等功能模塊，各模塊執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)控制電路精確控制，由控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配各模塊的工作工序，配合移動(dòng)機(jī)床或機(jī)器人，自動(dòng)化程度更高，省事省工，工作效率大大提尚O
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例各模塊構(gòu)成示意圖。
[0024]圖3為具體實(shí)施例基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖4為具體實(shí)施例法向找正模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖5、6為具體實(shí)施例壓力腳模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖7為具體實(shí)施例制孔锪窩模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖8為具體實(shí)施例鉚釘接收與檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖9為具體實(shí)施例工位轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖10為具體實(shí)施例抽鉚模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中:1-基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊、2-法向找正模塊、3-壓力腳模塊、4-制孔锪窩模塊、5-鉚釘接收及檢測(cè)模塊、51-接釘模塊、52-檢測(cè)模塊、6-工位轉(zhuǎn)換模塊、7-抽鉚模塊、11-2D激光輪廓儀、12-伺服電機(jī)、21-激光位移傳感器、31-雙氣缸、32-壓力腳、33-真空旁路吸肩單元、41-鉆鉚設(shè)備、42-電機(jī)、43-長(zhǎng)度計(jì)量計(jì)、44-一體式滑臺(tái)、511-夾釘氣爪、512-Z向滑臺(tái)驅(qū)動(dòng)器、513-Y向進(jìn)給氣缸、521-長(zhǎng)度檢測(cè)傳感器、61-托板、62-滑臺(tái)機(jī)構(gòu)、63-導(dǎo)軌制動(dòng)器、71-鉚槍、72-進(jìn)給氣缸、73-十字滑臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的多功能自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器及自動(dòng)鉆鉚方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]如圖1、2所示的多功能自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器，由控制系統(tǒng)控制，以機(jī)床或機(jī)器人為載體，集成基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊、法向找正模塊、壓力腳模塊、制孔锪窩模塊、鉚釘接收及檢測(cè)模塊、工位轉(zhuǎn)換模塊、抽鉚模塊，各模塊均包括控制電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩部分，控制電路控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)與各模塊的控制電路通訊；
[0034]其中:基準(zhǔn)孔檢測(cè)模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括2D激光輪廓儀11、直線伺服滑臺(tái)、光柵尺，直線伺服滑臺(tái)由伺服電機(jī)12驅(qū)動(dòng)，如圖3所示，2D激光輪廓儀安裝在直線伺服滑臺(tái)上隨動(dòng)；用于檢測(cè)并識(shí)別產(chǎn)品上的高精度基準(zhǔn)孔，獲取基準(zhǔn)孔圓心的坐標(biāo)，并與預(yù)期坐標(biāo)進(jìn)行比較，得出位置誤差，從而在NC程序中對(duì)待加工孔的位置進(jìn)行修正。
[0035]基準(zhǔn)孔檢測(cè)的首要任務(wù)是獲得基準(zhǔn)孔圓心的實(shí)際坐標(biāo)值。2D激光輪廓儀對(duì)基準(zhǔn)的孔的檢測(cè)可以獲得基準(zhǔn)孔弦線兩端點(diǎn)的x、z坐標(biāo)。由直線伺服滑臺(tái)帶動(dòng)輪廓儀在Y方向上移動(dòng)，并通過(guò)光柵尺測(cè)得移動(dòng)距離，從而得到端點(diǎn)的Y坐標(biāo)值，通過(guò)對(duì)圓上取樣點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量，可計(jì)算得到基準(zhǔn)孔實(shí)際圓心坐標(biāo)，再將計(jì)算所得坐標(biāo)值與預(yù)期坐標(biāo)值進(jìn)行比較，得出實(shí)際與理論數(shù)模之間的偏差，從而在NC程序中對(duì)所有待加工孔的坐標(biāo)值進(jìn)行修正，保證制孔的位置精度。
[0036]法向找正模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括壓力腳模塊兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的4個(gè)激光位移傳感器21，如圖4所示，4個(gè)激光位移傳感器，通過(guò)法向檢測(cè)算法擬合出待加工孔所在近似平面的法矢，并對(duì)機(jī)器人法向姿態(tài)偏差進(jìn)行補(bǔ)償。
[0037]通過(guò)法向找正，并進(jìn)行機(jī)器人法向補(bǔ)償后，其法向定位角度誤差小于0.5度，平均誤差0.317度，滿(mǎn)足制孔精度的要求。
[0038]壓力腳模塊的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括安裝在導(dǎo)軌上由雙氣缸31驅(qū)動(dòng)的壓力腳32，氣缸通過(guò)托板、法蘭盤(pán)與機(jī)床或機(jī)器人固定連接；根據(jù)工藝要求，設(shè)置壓力腳壓緊裝置，實(shí)現(xiàn)在鉆孔之前壓緊工件，減小工件夾層間隙，提高末端執(zhí)行器剛度，改善制孔工作條件。為了維護(hù)工作環(huán)境的整潔，改善機(jī)器人的工作環(huán)境，末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)有真空旁路吸肩單元33，對(duì)制孔工作中產(chǎn)生的粉塵和廢肩進(jìn)行吸除。壓力腳模塊結(jié)構(gòu)如圖5、6所示。
[0039]壓力腳氣缸通過(guò)托板、法蘭盤(pán)與機(jī)器人固連，壓力腳推動(dòng)整個(gè)框架沿導(dǎo)軌進(jìn)給，通過(guò)壓力腳壓緊工件。壓力腳采用獨(dú)立式進(jìn)給方式，通過(guò)雙氣缸驅(qū)動(dòng)，以保證運(yùn)行的平穩(wěn)性，兩端與框架固連，以減小壓力角工作時(shí)的變形