專利名稱：一種曲面零件法向鉚接的伺服控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曲面零件的鉚接領(lǐng)域，特別是小曲率薄壁件法向鉚接領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
小曲率雙曲度薄壁鈑金件、復(fù)合材料零件法向姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整方法是集檢測(cè)技術(shù)、 模糊控制技術(shù)、伺服技術(shù)于一體的產(chǎn)品，通過(guò)多個(gè)傳感器檢測(cè)曲面零件于工作頭之間的距離，在可編程控制器中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，根據(jù)傳感器檢測(cè)位置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作方式，編制合理、可靠、安全的軟件來(lái)進(jìn)行處理，控制相應(yīng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，最終使得曲面零件加工點(diǎn)與工作頭處于法向狀態(tài)，保證曲面零件加工質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，曲面零件法向姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整方法主要有三種多點(diǎn)檢測(cè)循環(huán)掃描零件調(diào)整控制、四點(diǎn)檢測(cè)對(duì)應(yīng)軟吊鏈驅(qū)動(dòng)控制、三點(diǎn)檢測(cè)多軸聯(lián)動(dòng)調(diào)整控制。這三種自動(dòng)鉆鉚托架系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)。多點(diǎn)檢測(cè)循環(huán)掃描零件調(diào)整控制理論上可以有很高的法向精度，但實(shí)際調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、對(duì)零件曲度要求較高、程序控制過(guò)于復(fù)雜，存在有長(zhǎng)期振蕩的可能性，沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用效果。四點(diǎn)檢測(cè)對(duì)應(yīng)軟吊鏈驅(qū)動(dòng)控制能夠?qū)崿F(xiàn)精度較低的法向調(diào)整，但是由于采用四點(diǎn)軟吊鏈懸掛產(chǎn)品零件，下降過(guò)程全靠產(chǎn)品的自重形成，且調(diào)整時(shí)產(chǎn)品存在來(lái)回晃動(dòng)，剛性、穩(wěn)定性、重復(fù)性較差。三點(diǎn)檢測(cè)多軸聯(lián)動(dòng)調(diào)整控制目前是屬于國(guó)外專業(yè)大公司壟斷技術(shù)，它需要10個(gè)控制軸，且要兩對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)工作頭，功能實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難，操作也不方便，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一臺(tái)這樣的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種精密檢測(cè)、高精度轉(zhuǎn)換、模糊控制、全剛性支撐，數(shù)字伺服定位，在線補(bǔ)償，穩(wěn)定、可靠、快速、操作簡(jiǎn)便的曲面零件法向全自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種一種曲面零件法向鉚接的伺服控制方法，該方法為
1)裝掛零件至具有乂、￥、21、22、々五軸的鉆鉚托架，并對(duì)零件鉚接點(diǎn)作標(biāo)記；
2)安裝調(diào)試位移傳感器；
3)安裝調(diào)試視覺(jué)傳感器；
4)移動(dòng)零件鉚接點(diǎn)至視覺(jué)傳感器的視野范圍內(nèi)；
5)移動(dòng)零件，在上升過(guò)程中，
6)移動(dòng)零件，在上升過(guò)程中，根據(jù)位移傳感器信號(hào)，控制鉆鉚托架運(yùn)動(dòng)，調(diào)整鉚接點(diǎn)姿態(tài)為法向；
7)根據(jù)視覺(jué)傳感器信號(hào)，控制鉆鉚托架運(yùn)動(dòng)，使鉚接點(diǎn)處于鉚接中心位置；
8)重復(fù)步驟5)和6)，根據(jù)位移傳感器信號(hào)移動(dòng)零件至設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，且鉚接點(diǎn)處于法向狀態(tài)和鉚接中心位置，曲面蒙皮鉚接法向的姿態(tài)調(diào)整完成。通過(guò)應(yīng)用塔式全自動(dòng)鉆鉚托架系統(tǒng)，X向運(yùn)動(dòng)為橫向運(yùn)動(dòng)，由鉆鉚機(jī)移動(dòng)完成；Y 向運(yùn)動(dòng)為鉆鉚托架兩個(gè)立柱同步運(yùn)動(dòng)；ζ向運(yùn)動(dòng)為沿兩個(gè)立柱的垂直升降運(yùn)動(dòng)；A為繞固定零件的托框自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，托框安裝于Z向立柱上。
由于蒙皮曲面半徑較大，在小范圍內(nèi)蒙皮的弧度度變化較小，因此曲面上一點(diǎn)的法向檢測(cè)可以采用檢測(cè)曲面上以其為中心、與其鄰近四個(gè)點(diǎn)所構(gòu)成的平面的法向。本發(fā)明以鉚接點(diǎn)為菱形對(duì)角線交點(diǎn)，曲面上四點(diǎn)為菱形的頂點(diǎn)，兩條對(duì)角線分別平行于X軸和Y 軸，當(dāng)菱形的四個(gè)頂點(diǎn)與鉆鉚機(jī)的上壓力腳的中心所在水平面距離相等時(shí)，認(rèn)為蒙皮處于鉆鉚機(jī)鉆軸垂直于鉚接點(diǎn)的法向姿態(tài)。
法向控制程序采用三段調(diào)整步驟，在每一次調(diào)整完成，通過(guò)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、分析，得到該點(diǎn)蒙皮的近似曲率，為下一步精調(diào)提供參考誤差范圍，提高調(diào)整效率和精度；
整個(gè)鉆鉚機(jī)與托架全部采用剛性連接結(jié)構(gòu)，只要位置坐標(biāo)保持不變，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況需要檢查時(shí)，重新定位后其法向姿態(tài)會(huì)保持不變，給操作帶來(lái)極大方便。利用視覺(jué)傳感器檢測(cè)零件加工點(diǎn)的位置，當(dāng)出現(xiàn)X、Y坐標(biāo)偏差時(shí)，即時(shí)自動(dòng)給出補(bǔ)償信號(hào)控制X軸、Y軸移動(dòng)，保證加工點(diǎn)始終位于中心位置；
選用四個(gè)位移傳感器檢測(cè)零件表面與工作頭的距離，左右兩個(gè)位移傳感器檢測(cè)的距離變化分別由托架Zl軸和Z2軸上升、下降來(lái)實(shí)現(xiàn)；
前后兩個(gè)位移傳感器檢測(cè)的距離變化由托架A軸兩個(gè)伺服電機(jī)同步翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)； 整個(gè)過(guò)程采用過(guò)高優(yōu)先原則、多高度不同速度不同精度控制，使得法向調(diào)整安全、快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，整個(gè)曲面零件法向姿態(tài)的檢測(cè)、調(diào)整過(guò)程都是自動(dòng)完成，不需要人工任何干預(yù)。本方案相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。本方案采用位移檢測(cè)傳感器的安裝形式充分與塔式全自動(dòng)鉆鉚托架系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合，檢測(cè)點(diǎn)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，前后、左右互不干擾，使得檢測(cè)與控制形成一個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)系統(tǒng)。在控制程序中時(shí)刻檢測(cè)最高位置，采用過(guò)高優(yōu)先原則，防止產(chǎn)品零件與設(shè)備發(fā)生碰撞；采用多高度分段控制，蒙皮曲率自學(xué)習(xí)，使得法向調(diào)整快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。由于在法向檢測(cè)調(diào)整過(guò)程中首次引入視覺(jué)傳感器，通過(guò)編程判斷、處理，控制X、Y 軸運(yùn)動(dòng)，確保了加工點(diǎn)的中心位置，提高了自動(dòng)化程度，操作時(shí)更加方便。由于采用了全剛性執(zhí)行結(jié)構(gòu)，每一個(gè)動(dòng)作都由伺服電機(jī)直接執(zhí)行，響應(yīng)及時(shí)，使得整個(gè)法向檢測(cè)調(diào)整過(guò)程穩(wěn)定、快速，重復(fù)精度高。若中途停機(jī)，也可實(shí)現(xiàn)程序再啟動(dòng)加工功能，生產(chǎn)連續(xù)性好，自動(dòng)化程度高，加工效率高。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本方案，但并不因此將本方案限制在所述的實(shí)施例范圍之中。圖1是本方案法向檢測(cè)傳感器的俯視安裝示意圖。圖2是本方案曲面零件法向姿態(tài)檢測(cè)調(diào)整的構(gòu)造示意圖。圖3是本方案的閉環(huán)控制原理圖。圖中S0為視覺(jué)傳感器，安裝于鉆鉚機(jī)壓力腳的上方；S1、S2、S3、S4為位移檢測(cè)傳感器，正方形分布于壓力腳的四周；“0”點(diǎn)是曲面蒙皮零件的加工點(diǎn)出1、!12、!13、!14分別對(duì)應(yīng)四個(gè)超聲波傳感器檢測(cè)零件蒙皮的高度距離值。
具體實(shí)施例方式參照附圖1、附圖2、附圖3，就本方案的具體實(shí)施方式
闡述如下
以鉆鉚機(jī)上壓力腳的中心“0”為中心點(diǎn)，中心位置上方工作頭的一個(gè)工位處安裝視覺(jué)傳感器S0，通過(guò)示教、參數(shù)設(shè)置，將實(shí)際最佳法向鉆鉚點(diǎn)狀態(tài)存儲(chǔ)起來(lái)作為一個(gè)基準(zhǔn)，在以后的法向調(diào)整過(guò)程中，將采集到圖像與“基準(zhǔn)”比較、判斷，結(jié)合給定的誤差范圍，實(shí)時(shí)給出 X、Y的平面的補(bǔ)償信號(hào)，確保法向調(diào)整完成后其中心點(diǎn)為實(shí)際加工鉆鉚點(diǎn)。將四個(gè)檢測(cè)曲面零件位移的傳感器Si、S2、S3、S4呈菱形分布安裝在中心點(diǎn)“0” 四周，左右對(duì)角兩個(gè)傳感器S1、S2與X向平行，它們與上壓力腳之間的距離值變化由Z1、Z2 兩個(gè)電機(jī)上升或下降來(lái)完成；前后對(duì)角兩個(gè)傳感器S3、S4與Y向平行，與上壓力腳之間的距離值變化由A軸兩個(gè)電機(jī)(Al、A2)同步旋轉(zhuǎn)來(lái)完成。由于兩個(gè)Z軸之間的跨度約15米，A 軸托框的旋轉(zhuǎn)半徑約為2米，結(jié)合鉆鉚機(jī)壓力腳的外形尺寸，左右對(duì)角兩個(gè)傳感器S1、S2之間的距離約為300mm，其連線與X向平行，它們與上壓力腳之間的距離值變化由Z1、Z2軸的兩個(gè)電機(jī)上升或下降來(lái)完成；前后對(duì)角兩個(gè)傳感器S3、S4之間的距離約為MOmm，其連線與 Y向平行，與上壓力腳之間的距離值變化由A軸兩個(gè)電機(jī)(A1、A2)同步旋轉(zhuǎn)來(lái)完成，對(duì)角連接線的交點(diǎn)即為中心點(diǎn)“0”。法向四個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)與控制互不干涉，形成各自閉環(huán)系統(tǒng)，確保法向的順利完成。
權(quán)利要求
1.一種曲面零件法向鉚接的伺服控制方法，裝掛零件至具有X、Y、Zl、Z2、A五軸的鉆鉚托架，并對(duì)零件鉚接點(diǎn)作標(biāo)記； 安裝調(diào)試位移傳感器； 安裝調(diào)試視覺(jué)傳感器；移動(dòng)零件鉚接點(diǎn)至視覺(jué)傳感器的視野范圍內(nèi)； 移動(dòng)零件，在上升過(guò)程中，移動(dòng)零件，在上升過(guò)程中，根據(jù)位移傳感器信號(hào)，控制鉆鉚托架運(yùn)動(dòng)，調(diào)整鉚接點(diǎn)姿態(tài)為法向；根據(jù)視覺(jué)傳感器信號(hào)，控制鉆鉚托架運(yùn)動(dòng)，使鉚接點(diǎn)處于鉚接中心位置； 重復(fù)步驟5)和6)，根據(jù)位移傳感器信號(hào)移動(dòng)零件至設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，且鉚接點(diǎn)處于法向狀態(tài)和鉚接中心位置，曲面蒙皮鉚接法向的姿態(tài)調(diào)整完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述曲面零件法向鉚接的伺服控制方法，其特征在于，所述步驟2) 位移傳感器呈菱形分布安裝鉆鉚機(jī)上壓力腳的中心四周，左右對(duì)角兩個(gè)傳感器與X向平行，前后對(duì)角兩個(gè)傳感器與Y向平行，并采用標(biāo)準(zhǔn)的平板來(lái)示教作為測(cè)量基準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述曲面零件法向鉚接的伺服控制方法，其特征在于，所述步驟2) 將視覺(jué)傳感器安裝于鉆鉚機(jī)上壓力腳的中心適當(dāng)位置，并將實(shí)際最佳法向鉆鉚點(diǎn)狀態(tài)通過(guò)示 教作為基準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述曲面零件法向鉚接的伺服控制方法，其特征在于，所述步驟6) 調(diào)整鉚接點(diǎn)姿態(tài)為法向的步驟為a比較左右兩個(gè)位移傳感器的測(cè)量距離，如果差值超過(guò)允許誤差值，調(diào)整鉆鉚托架， 使差值小于允許誤差值；b比較前后兩個(gè)位移傳感器的測(cè)量距離，如果差值超過(guò)允許誤差值，調(diào)整鉆鉚托架，使差值小于允許誤差值；c比較四個(gè)兩個(gè)位移傳感器的測(cè)量距離，如果差值超過(guò)允許誤差值，調(diào)整鉆鉚托架，使差值小于允許誤差值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述曲面零件法向鉚接的伺服控制方法，其特征在于，所述步驟5) 法向調(diào)整過(guò)程中，根據(jù)鉚接點(diǎn)與壓力腳距離，遠(yuǎn)距離采用大速度調(diào)整；中距離采用中等速度調(diào)整；近距離采用小速度調(diào)整。
6.一種曲面零件法向的伺服控制系統(tǒng)，包括鉆鉚托架、位移傳感器、視覺(jué)傳感器、法向控制器、伺服控制器，其特征在于鉆鉚托架為全剛性控制零件X、Y、Zl、Z2、A五軸運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)； 位移傳感器呈菱形分布安裝于鉆鉚機(jī)上壓力腳的中心四周； 視覺(jué)傳感器安裝于鉆鉚機(jī)上壓力腳的中心適當(dāng)位置；法向控制器，根據(jù)位移傳感器和視覺(jué)傳感器系統(tǒng)的信號(hào)輸出控制信號(hào)至零件運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使零件法向狀態(tài)和鉚接點(diǎn)狀態(tài)同時(shí)滿足設(shè)定要求，即停止調(diào)整，發(fā)出鉚接信號(hào)至鉆鉚機(jī)控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲面零件法向的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制曲面零件姿態(tài)的全剛性運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即X、Y、Z的三維空間運(yùn)動(dòng)；A軸翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；Ζ1、Ζ2同步上升、 下降實(shí)現(xiàn)Z向運(yùn)動(dòng)，Ζ1、Ζ2差動(dòng)形成B角運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲面零件法向的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于在曲面零件法向姿態(tài)過(guò)程中，視覺(jué)傳感器測(cè)定鉚接點(diǎn)中心位置與理論要求的位置差別，并輸出X、Y平面運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，調(diào)整零件至設(shè)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的曲面零件法向的伺服控制系統(tǒng)，其特征在于零件與加工頭之間的空間垂直距離由四個(gè)超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，互不干涉，各自閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種曲面零件法向鉚接的伺服控制方法裝掛零件至具有X、Y、Z1、Z2、A五軸的鉆鉚托架，并對(duì)零件鉚接點(diǎn)作標(biāo)記；安裝調(diào)試位移傳感器；安裝調(diào)試視覺(jué)傳感器；移動(dòng)零件鉚接點(diǎn)至視覺(jué)傳感器的視野范圍內(nèi)；移動(dòng)零件，在上升過(guò)程中，移動(dòng)零件，在上升過(guò)程中，根據(jù)位移傳感器信號(hào)，控制鉆鉚托架運(yùn)動(dòng)，調(diào)整鉚接點(diǎn)姿態(tài)為法向；根據(jù)視覺(jué)傳感器信號(hào)，控制鉆鉚托架運(yùn)動(dòng)，使鉚接點(diǎn)處于鉚接中心位置；重復(fù)調(diào)整法向和鉚接中心，根據(jù)位移傳感器信號(hào)移動(dòng)零件至設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，且鉚接點(diǎn)處于法向狀態(tài)和鉚接中心位置，曲面蒙皮鉚接法向的姿態(tài)調(diào)整完成。整個(gè)過(guò)程采用過(guò)高優(yōu)先原則、多高度不同速度不同精度控制、自學(xué)習(xí)方式，使得法向調(diào)整安全、快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定。整套控制方法成本低，工作效率和調(diào)整精度完全滿足航空專業(yè)鉚接標(biāo)準(zhǔn)要求。
文檔編號(hào)B21J15/28GK102416431SQ20111039358
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者何華兵, 周文強(qiáng), 李國(guó)進(jìn) 申請(qǐng)人:成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司