[发明专利]大型复杂形面壁板柔性测控工装系统及测控方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及数字化装配技术领域，尤其涉及一种飞机舱段壁板基于功能尺寸的测控工装系统及其测控方法。

背景技术

飞机机身外型直接影响飞机气动性能和承载能力，机体通常由各桶形舱段对接而成，装配基本单元为壁板组件，是飞机最重要的承力装置。由蒙皮、剪切角片与钣金框构成的机身壁板通过安装型架装配成形，壁板理论外形传统上采用构架样板模式进行检测和描述，即采用一对一的型架卡板，用于型架相连接的卡板端头位置固定、互换性差，一旦产品改型，型架中的骨架、卡板、定位器等辅助部分一般不可重复使用，此外，传统型架开敞性差，零件进出架干扰大，相匹配的外形测量手段由于可见性的约束，特定情况下需将测量仪器转场，严重影响精度与效率。随着现代飞机设计要求的不断提高，壁板无论从外形还是结构上都日趋复杂，制造装配难度不断增大，现有型架与检测模式难以适应现代复杂外形壁板的装配与检测要求，必须研发壁板外型数字化柔性测控系统。

当前工程应用上，壁板钻铆装配过程中存在预连接与钻铆两个装配过程，预连接过程是将长桁、剪切角片与蒙皮通过预定位销进行连接，形成初始壁板。预定位连接过程是影响壁板钻铆装配质量和装配效率的重要环节。具体实施过程需要多工位配合，依赖经验进行工艺调整，难度大且过程复杂，因而亟需与数字化装配所配套的测量与控制方法。

目前国内的柔性装配工装领域主要是在传统卡板型架基础上进行了改进。如专利CN101486143A公开了一种柔性装配数字化型架装置，通过编程控制电机运动以实现卡板装配点的自由调形，通过更换不同卡板，可以用于多种壁板类零件装配。然而，该装置仍要根据不同壁板零件制作相应卡板，装置的通用型不够强。专利CN201008935Y公开了一种壁板铆接柔性装配型架，具有一个自由柱支撑的型架框架和沿立柱面间隔排列的外形定位卡板，以及安装在外形定位卡板上的限位器，在卡板侧面间隔设置安装在吸盘托架上的真空吸盘，用于吸附壁板。该公开在更换壁板种类时需要更换外形定位卡板，当面对不同外形的壁板时，必须研制不同的装配工装，无法利用设计端丰富的三维数模信息，造成研制成本过高与制造端数据传递的断层。专利CN201120204222.7公开了一种壁板自动钻铆装配多点柔性定位工装，具有若干个吸盘式POGO柱和夹持式POGO柱，由控制系统进行工装定位点、蒙皮、长桁实际位姿的调整，实现壁板预连接定位，多点柔性定位工装实现了定位点的柔性调整。但该公开所需投资的POGO柱及相应辅助装置成本高，控制数量众多的定位点的工作量也加大，控制程序复杂，且装配空间小；测量方案布置同样受到产品拓扑结构的约束。因此，上述改进的各种方法在壁板钻铆装配柔性化与自动化平衡兼顾方面尚不尽如人意，不能适应现代飞机制造业低成本、高质量、快响应的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有壁板钻铆装配技术中的上述不足，提出一种针对飞机舱段大型复杂形面壁板的柔性装配定位及测量一体的型架系统及在线测控方法。

现代飞机部件装配中大量应用了基于数字化协调技术的协调孔(通称DA孔)定位方法，机身壁板的定位点在飞机坐标系中定义。在壁板的装配工装型架上用数字化方法确定相应定位点，用激光跟踪仪确定它们在飞机坐标系中的位置，保证多块机身壁板在机身坐标系里相互协调，使壁板能装配到机身的准确位置上。本发明基于该原理来设计适用于飞机舱段大型复杂形面壁板的柔性测控工装系统。

根据本发明的一方面，所述大型复杂形面壁板柔性测控工装系统包括型架框架组件，其被配置为限定壁板组件安装空间；壁板形面保型定位组件，其上安装壁板组件，并可旋转地安装于所述型架框架组件上；形面测量组件，其水平可移动地安装于所述型架框架组件上；以及装配信息集成控制系统模块，其与所述形面测量组件电气连接。

优选地，所述壁板形面保型定位组件能够在水平位置和垂直位置之间旋转，其中，在水平位置，壁板组件处于预装配连接和测量状态，在垂直位置，壁板组件处于装配状态，由此构成工装系统中的动态模块。

根据本发明的一种实施方式，所述型架框架组件包括间隔设置的一对立柱部件和设置于所述一对立柱部件上方的上横梁部件，所述形面测量组件可移动地安装于所述上横梁部件上。

根据本发明的一种实施方式，所述形面测量组件包括沿所述上横梁部件设置的水平丝杆、沿所述水平丝杆可移动的水平移动单元，以及设置在所述水平移动单元上的激光测量单元，所述水平丝杆由水平驱动电机驱动。

优选地，所述一对立柱部件上还分别设置有垂直丝杆和沿其可移动的垂直移动单元，所述垂直丝杆由垂直驱动电机驱动。