法向角測量單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于飛機裝配自動化技術(shù)，涉及一種蒙皮類工件曲面法向?qū)崟r測量的法向角測量單元。單元包括支撐盤、萬向機構(gòu)固定圈、萬向機構(gòu)外圈、位移傳感器、測量接觸端、測量盤、復(fù)位彈簧。本發(fā)明設(shè)計結(jié)構(gòu)精巧，對蒙皮類工件來說，由于表面弧度隨位置不同而發(fā)生變化，此法向調(diào)整單元能夠自適應(yīng)蒙皮表面的弧度變化，并實時測量實際法向與理論法向之間的偏差值，根據(jù)偏差值調(diào)整實際法向與理論法向偏差角到一個預(yù)定的范圍內(nèi)，保證制孔的法向精度。本發(fā)明所述的曲面制孔法向測量單元采用位移傳感器在線測量的方法能夠?qū)崟r調(diào)整刀具軸線與蒙皮表面的法向偏差，保證蒙皮工件的制孔質(zhì)量。
【專利說明】法向角測量單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛機裝配自動化技術(shù)，涉及一種蒙皮類工件曲面法向?qū)崟r測量的法向角測量單元。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天、高速車輛等領(lǐng)域大量使用蒙皮類工件，并且飛機、高速列車等對氣動外形有嚴格要求。目前，蒙皮類工件多采用鉚接結(jié)構(gòu)，制孔法向精度差導(dǎo)致的孔質(zhì)量缺陷直接影響蒙皮的氣動外形乃至工件結(jié)構(gòu)的安全性能。機器人自動制孔過程中，制孔設(shè)備根據(jù)蒙皮工件的理論模型中的制孔點的位姿信息，通過壓緊工件表面與其緊密貼合進行制孔。但是由于工件的安裝誤差等原因造成工件的實際模型與理論模型存在一定的偏差，此時在工件表面制孔，由于刀具不垂直于工件表面，即刀具軸線與曲面法線存在角偏差，這會造成制孔的質(zhì)量缺陷。
[0003]目前，飛機、高速列車等蒙皮工件需要制孔的數(shù)量非常巨大，采用手工制孔存在質(zhì)量一致性差、效率低等突出問題，隨著生產(chǎn)需求的不斷提高，采用自動化制孔是未來的必然趨勢，但是由于工件的安裝誤差等原因造成工件的實際模型與理論模型存在一定的偏差，此時在工件表面制孔，由于刀具不垂直于工件表面，造成制孔質(zhì)量缺陷。因此，制孔實時測量刀具軸線與曲面的法向偏差是提高自動制孔精度的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種在機器人自動制孔過程中實時測量曲面法向角的單元。本發(fā)明的技術(shù)方案是，單元包括支撐盤、萬向機構(gòu)固定圈、萬向機構(gòu)外圈、位移傳感器、測量接觸端、測量盤、復(fù)位彈簧，測量接觸端和測量盤是一個整體，支撐盤上開有凹槽，萬向機構(gòu)固定圈安裝在支撐盤的凹槽內(nèi)并與支撐盤連接，萬向機構(gòu)外圈與萬向機構(gòu)固定圈連接，并且萬向機構(gòu)外圈繞萬向機構(gòu)固定圈旋轉(zhuǎn)，測量盤卡接在萬向機構(gòu)外圈上，測量接觸端的頂端與被測件相接觸；支撐盤上開有彈簧孔，復(fù)位彈簧置于支撐盤上的彈簧孔內(nèi)并與測量盤相接觸，四個位移傳感器均勻安裝在支撐盤上并置于測量盤的下方，所述的測量接觸端的頂端端面上均勻開有四個凹槽。
[0005]本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，本發(fā)明設(shè)計結(jié)構(gòu)精巧，對蒙皮類工件來說，由于表面弧度隨位置不同而發(fā)生變化，此法向調(diào)整單元能夠自適應(yīng)蒙皮表面的弧度變化，并實時測量實際法向與理論法向之間的偏差值，根據(jù)偏差值調(diào)整實際法向與理論法向偏差角到一個預(yù)定的范圍內(nèi)，保證制孔的法向精度。本發(fā)明所述的曲面制孔法向角測量單元采用位移傳感器在線測量的方法能夠?qū)崟r計算刀具軸線與蒙皮表面的法向偏差角，傳輸給機器人控制柜對法向偏差角進行調(diào)整，保證蒙皮工件的制孔質(zhì)量。此法向測量單元采用位移傳感器在線測量具有實時性、傳輸速度快、實施簡便，能有效的提高工作效率，節(jié)約成本，并可獲得較高的制孔法向精度，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0007]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。
[0009]見圖1。單元包括支撐盤1、萬向機構(gòu)固定圈2、萬向機構(gòu)外圈3、位移傳感器4、測量接觸端5、測量盤6、復(fù)位彈簧7，測量接觸端5和測量盤6是一個整體，支撐盤I上開有凹槽，萬向機構(gòu)固定圈2安裝在支撐盤I的凹槽內(nèi)并與支撐盤I連接，萬向機構(gòu)外圈3與萬向機構(gòu)固定圈2連接,并且萬向機構(gòu)外圈3繞萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn),測量盤6卡接在萬向機構(gòu)外圈3上，測量接觸端5的頂端與被測件相接觸，支撐盤I上開有彈簧孔，復(fù)位彈簧7置于支撐盤I上的彈簧孔內(nèi)并與測量盤6相接觸，四個位移傳感器4均勻安裝在支撐盤I上并置于測量盤6的下方。測量接觸端5與曲面接觸后，當存在法向角偏差時，測量盤6帶動萬向機構(gòu)外圈3發(fā)生旋轉(zhuǎn)，位移傳感器4的讀數(shù)發(fā)生變化，通過位移傳感器4的讀數(shù)計算實際法向與理論法向的偏差值。
[0010]使用時，在法向角測量單元的支撐盤I外端設(shè)計與機器人型號相匹配的法蘭盤用于與機器人的第六軸法蘭盤連接。機器人根據(jù)制孔點的位姿帶動法向角測量單元運動到制孔位置，測量接觸端5與工件接觸，萬向機構(gòu)外圈3繞萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn)造成位移傳感器讀數(shù)發(fā)生變化，通過采集四個位移傳感器4的讀數(shù)計算出法向角偏差值，傳給機器人控制柜，機器人根據(jù)調(diào)整值運動，同時萬向機構(gòu)外圈3繞萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn)及位移傳感器4讀數(shù)發(fā)生變化，保證法向角偏差滿足工況要求。
[0011]它的特征表現(xiàn)在法向角測量單元的測量接觸端5與工件接觸，同時萬向機構(gòu)外圈3繞萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn)造成位移傳感器讀數(shù)發(fā)生變化，自適應(yīng)法向偏差，感知法向角的偏差值。并將偏差角自動傳給機器人控制柜，機器人根據(jù)角度調(diào)整保證位移傳感器的讀數(shù)發(fā)生變化，直到滿足工況要求。在制孔時由于加工的模型與理論存在差異，造成機器人運動到孔位處實際法向與理論法向存在偏差角，嚴重影響制孔質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本發(fā)明研制的法向角測量單元通過自適應(yīng)表面曲率的變化，根據(jù)位移傳感器的讀數(shù)自動計算出實際法向與理論法向的偏差角，機器人根據(jù)偏差角調(diào)整法向，保證制孔過程中的法向偏差角保持在一個預(yù)定的范圍內(nèi)。
[0012]本發(fā)明的萬向機構(gòu)轉(zhuǎn)動靈活，其中支撐盤I上開有凹槽，萬向機構(gòu)固定圈2安裝在支撐盤I的凹槽內(nèi)并與支撐盤I連接，萬向機構(gòu)外圈3與萬向機構(gòu)固定圈2連接，并且萬向機構(gòu)外圈3繞萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn)，測量盤6卡接在萬向機構(gòu)外圈3上，測量接觸端5和測量盤6是一個整體。測量接觸端5接觸到工件時，支撐盤I和萬向機構(gòu)固定圈2保持不動，從而保證位移傳感器4的位置不發(fā)生變化。當法向測量機構(gòu)的軸線與工件的法向不重合時，由于萬向調(diào)整機構(gòu)外圈3與測量盤6連接，測量接觸端5與工件接觸產(chǎn)生的反作用力使測量盤6和萬向機構(gòu)的外圈3在任意方向上繞著萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn)，安裝在法向調(diào)整機構(gòu)的位移傳感器4讀數(shù)發(fā)生變化，根據(jù)位移傳感器4的讀數(shù)計算出實際法向與理論法向的偏差角，并將數(shù)據(jù)傳給機器人，機器人按照調(diào)整角度值調(diào)整法向，保證法向偏差角在一個預(yù)定的范圍內(nèi)。當法向測量機構(gòu)的軸線與工件的法向重合或在實際法向與理論法向偏差的預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，不需要進行法向調(diào)整。
[0013]本發(fā)明的法向角測量單元通過設(shè)計與機器人法蘭盤相匹配的法蘭安裝到機器人法蘭盤上，法向角測量單元通過與機器人配合完成機器人的法向調(diào)整，為機器人制孔奠定了基礎(chǔ)。上位機、法向角測量單元、機器人相互協(xié)調(diào)完成法向調(diào)整單元的數(shù)據(jù)采集、分析、執(zhí)行等功能。機器人帶動制孔末端執(zhí)行器運動到通過理論模型規(guī)劃的孔位處與工件接觸，萬向機構(gòu)外圈3繞萬向機構(gòu)固定圈2旋轉(zhuǎn)造成四個位移傳感器4讀數(shù)發(fā)生變化，上位機采集四個位移傳感器4的數(shù)據(jù)，分析計算實際法向與理論法向之間的偏差值傳給機器人，機器人根據(jù)法向偏差角帶動法向角測量單元運動進行姿態(tài)的調(diào)整。
[0014]本發(fā)明的測量接觸端5頂端采用凹槽結(jié)構(gòu)，提高了對曲面的適應(yīng)能力。使測量接觸端6更好的與曲面接觸，減小了測量單元與曲面法向的誤差，大大提高了系統(tǒng)的測量精度。
[0015]本發(fā)明的法向角測量單元的設(shè)計結(jié)構(gòu)小巧，對于復(fù)雜曲面也能保證很好的貼合，可以在很小的區(qū)域內(nèi)與曲面接觸，提高了產(chǎn)品的適應(yīng)性。
【權(quán)利要求】
1.一種法向角測量單元，其特征是，單元包括支撐盤(I)、萬向機構(gòu)固定圈(2)、萬向機構(gòu)外圈(3)、位移傳感器(4)、測量接觸端(5)、測量盤(6)、復(fù)位彈簧(7)，測量接觸端(5)和測量盤(6)是一個整體，支撐盤(I)上開有凹槽，萬向機構(gòu)固定圈(2)安裝在支撐盤(I)的凹槽內(nèi)并與支撐盤(I)連接，萬向機構(gòu)外圈(3)與萬向機構(gòu)固定圈(2)連接,并且萬向機構(gòu)外圈(3)繞萬向機構(gòu)固定圈(2)旋轉(zhuǎn)，測量盤(6)卡接在萬向機構(gòu)外圈(3)上，測量接觸端(5)的頂端與被測件相接觸；支撐盤(I)上開有彈簧孔，復(fù)位彈簧(7)置于支撐盤(I)上的彈簧孔內(nèi)并與測量盤(6)相接觸，四個位移傳感器(4)均勻安裝在支撐盤(I)上并置于測量盤(6)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向角測量單元，其特征是，所述的測量接觸端(5)的頂端端面上均勻開有四個凹槽。
【文檔編號】B25J19/00GK103538081SQ201310493155
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】甘志超, 王柏林, 楊超, 崔靜靜, 張玉如, 黃威, 鄧英燦, 張衛(wèi)攀 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京長城航空測控技術(shù)研究所, 中航高科智能測控有限公司, 北京瑞賽長城航空測控技術(shù)有限公司