[发明专利]随动式定位器顶端球心空间坐标的测量工具及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种随动式定位器的顶端球心坐标的测量工具，该定位器用于在飞机部件对接装配过程中，调整飞机部件位置姿态，本发明还公开了一种利用这种测量工具对随动式定位器的顶端球心坐标进行测量的方法。

技术背景

传统的飞机大部件对接装配(机身前中后段对接、机翼机身对接等)，采用手动式定位器支撑飞机部件和光学辅助定位的方法，实现部件的位姿调整。这种方式由于完全依赖于人工经验和手动操作，劳动强度大，调姿效率低，调姿精度难以保证。为克服传统飞机部件调姿方法不足，结合高精度测量设备(激光跟踪测量仪、室内GPS或激光雷达)，采用定位器自动联动数字化驱动与控制技术，实现飞机部件位姿精确自动调整以成为现代飞机制造业发展趋势。近十余年来，波音777、787，空客的A340、A380已逐步采用飞机大部件自动化定位器联动驱动与控制系统代替手动对接。

目前，依据自由度驱动的差别，自动定位器分为两类：主动式和随动式。主动式是指在XYZ三个方向都有伺服电机驱动，类似于三坐标数控机床。随动式是指在XYZ三个方向仅仅有一个或两个方向上伺服电机驱动，剩余的两个或一个方向上不受约束，处于自由滑动状态。随动式和主动式自动定位器依照一定关系配合布置，支撑起飞机部件，能够有效保证在获得精确位姿调整的前提下飞机结构处于最小应力状体，保证装配的精度和安全。

飞机制造厂用于飞机部件对接装配的定位器大多采用手摇随动式定位器，可通过技术改造加装伺服电机实现对定位器的自动控制，或者依据自动定位的要求重新设计和制造新的随动式自动定位器，不论是哪一种，在定位器顶端球心空间位置坐标测量上都存在一定客观问题：

1.传统标定方式是通过现场测量基座位置，然后结合设计模型中定位器顶端球心和基座的位相对位置关系，获取当前定位器顶端球心坐标。这种方法简单易行，但存在着由于定位器结构复杂，传动环节众多，各组成环节的制造安装误差都将传递到顶端球心的问题，因此实际相对位置关系与理论差异交大，无法实现球心位置的准确标定。另外这种方法只适合首次位置测量，在调节过程中，由于随动定位器某几个自由度上处于滑动状态，无法获得其具体平移数值，从而无法实现定位器顶端球心空间位置坐标的实时测量。

2.可以在定位器的三个运动坐标轴上加装光栅尺，以获取随动式定位器当前准确的空间位置。这种方式并不适合于现有手动定位器改造。现有的手动式定位器由于最初设计原因，内部空间狭窄，在安装完伺服电机等设备后，已经没有多余空间安装光栅尺及其相应配件，特别是Z方向上，几乎无法准确定位和安装。从而也无法有效获得定位器顶端球心空间位置坐标。

3.对于新设计制造的随动式定位器，通过光栅尺可以准确获得定位器顶端球心在定位器自身坐标系下的位置。要获得其在全局坐标系下的空间位置，还需要通过对定位器基座位置(即定位器自身坐标系)与全局坐标系的反复调整标定来获得，过程复杂；且由于现在工作条件，由于地基问题，定位器基座位置会发生一定变化，这种误差又会经过放大传递至定位器顶端球心，导致其测量定位产生较大误差。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种随动式定位器顶端球心空间坐标的测量工具，利用了飞机部件对接装配过程中，工艺接头与定位器顶端球窝尺寸精度高，两者安装配合间隙小，误差传递环节少的特点，使用工艺接头支撑柱球心坐标测量代替定位器顶端球心测量，为此，本发明还提供一种利用该测量工具对随动式定位器顶端球心空间坐标进行测量的方法。

为了解决上述技术问题，本发明随动式定位器顶端球心空间坐标的测量工具，包括激光跟踪测量仪、随动式定位器、定位工艺接头和测量支臂，其中，定位工艺接头位于随动式定位器的上方，测量支臂环绕在随动式定位器上；所述定位工艺接头包括支撑板、垂直于支撑板底面对角线交点的支撑柱和位于支撑板底面对角线上且到支撑柱距离相等的四个定位孔；所述四个定位孔上分别设有靶球；所述支撑柱位于随动式定位器顶端的球窝内；所述测量支臂为环形，包括大环支臂和小环支臂，其中，大环支臂设有臂杆，该臂杆的顶端上设有测量孔，该测量孔上设有可拆卸的靶球。

进一步地，本发明随动式定位器顶端球心空间坐标的测量工具中，臂杆为长方体，其顶端的测量孔的个数为5个；

进一步地，本发明随动式定位器顶端球心空间坐标的测量工具中，测量孔上的靶球的数量为1；

进一步地，本发明随动式定位器顶端球心空间坐标的测量工具中，大环支臂与小环支臂的拱环两侧分别通过夹紧螺母紧固，将所述测量支臂固定在随动式定位器上。