[发明专利]基于三维力传感器的定位器球绞联接机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维力传感器的定位器球绞联接机构，用于飞机机身大部件对接工装的快速准确联接，属于航空制造工程/飞机装配领域。

背景技术

现代飞机具有长寿命、隐身、高可靠性和低成本快速研制的特点，这对飞机的制造工艺和工装提出了更高的要求，传统装配型架和夹具已不能满足需求，发展数值化柔性工装势在必行。基于产品数字量尺寸协调体系、可重组的模块化和自动化装配系统设计的数值化柔性工装，不但降低了工装研制成本、缩短了工装准备周期，而且提高了装配效率和质量。国内外飞机机身大部件柔性对接工装都采用了定位器技术，定位器是一种三自由度的模块单元，具有定位精度高、工作可靠、可重组、数字量协调、自动化和占地面积小等优点。飞机大部件对接工装是由多个定位器组成的并联系统，定位器与飞机部件的联接效率和精度对姿态调整的周期和准确性影响很大，而且飞机加工、装配误差和定位器自身弹性变形具有随机性，给定位器的控制带来挑战，很难实现无应力装配。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于三维力传感器的定位器球绞联接机构，该联接机构将球铰联接和三维测力传感器融入到定位器中，实现了飞机与定位器的快速准确联接和定位器的协调控制，不仅提高了生产效率，而且大大降低了装配应力。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种基于三维力传感器的定位器球绞联接机构，在定位器上设有三维力传感器，三维力传感器上连接球绞联接单元，在球绞联接单元内绞接工艺球头；在球绞联接单元的上表面沿直径方向对称设置两个激光跟踪仪靶标；三维力传感器的数据线通过侧端的三维力传感器接线口导出。

所述的球绞联接单元的具体结构为：在球托主体的中心为球面，配合连接工艺球头，在球托主体中还设有环形槽，槽内设有锁紧件，锁紧件的外圆周通过压板限位；在锁紧件的内表面设有环形分布的滚动圆球，滚动圆球与工艺球头的球形表面接触；在压板侧端和球托主体的侧端分别设有气动接口；在锁紧件与球托主体和压板之间设有密封件。

该基于三维力传感器的定位器球绞联接机构采用上述结构具有以下优点：

1）          机械结构简单，体积小，零部件少，寿命长，性能稳定；

2）          与定位器联接简便，可准确确定球心位置，具有精度高、工作可靠的特点；

3）          工艺球头初始入位方便，可实现工艺球头的自动精确入位，对三维力传感器和定位单元的安装精度要求低；

4）          锁紧装置简便，锁紧可靠，球绞副转动灵活，大大减小了锁紧时产生的内阻力，提高了控制精度；

5）          能以矢量形式描述定位器的受力，并可连续的测量定位器受力的大小以及方向，利于定位器的随动控制，有效防止过压的产生，实现无应力装配；

6）          定位单元设有标准接口，可快速安装和定位，缩短了装配调试周期，效率高。

附图说明

图1为基于三维力传感器的定位器球绞联接机构的结构示意图。

图2为球绞联接单元的剖视图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于三维力传感器的定位器球绞联接机构，在定位器1上设有三维力传感器2，三维力传感器2上连接球绞联接单元3，在球绞联接单元3内绞接工艺球头4，工艺球头的上端为法兰结构，下端为球体结构，从而具有绕球心转动的自由度；在球绞联接单元3的上表面沿直径方向对称设置两个激光跟踪仪靶标5，用于确定工艺球头球心坐标；三维力传感器2的数据线通过侧端的三维力传感器接线口6导出，该数据线与控制系统进行通信。

如图2所示，所述的球绞联接单元3的具体结构为：在球托主体10的中心为球面，配合连接工艺球头4，在球托主体10中还设有环形槽，槽内设有锁紧件7，锁紧件7的外圆周通过压板9限位；在锁紧件7的内表面设有环形分布的滚动圆球8，滚动圆球8与工艺球头4的球形表面接触；在压板侧端和球托主体10的侧端分别设有气动接口11；在锁紧件7与球托主体10和压板9之间设有密封件12。

其动态工作过程为：工艺球头4入位前，气压控制锁紧件7出于开放状态，并位于最下端，滚动圆球8在自身重力的作用也出于开放状态，移动定位器1，使工艺球头4落到球托主体10中，完成初步入位。由于工艺球头4的球心和球托主体10中，完成初步入位。由于工艺球头4的球心和球托主体10的支承球面球心位置不重合，三维力传感器2受力方向与重力不一致，以此控制定位器1相应运动，直至工艺球头4的球心和球托主体10的支承球面球心重合，最终实现工艺球头4的精确入位。入位后，通过气压控制使锁紧件7上升，锁紧7与滚动圆球8接触，进而推动滚动圆球8压向工艺球头4，实现工艺球头4的锁紧，形成稳定的球绞联接。压板9和球托主体10上设有气动接口11，方便与储气罐的连接，为避免漏气，压板9和锁紧件11上设有密封件12。