[发明专利]多功能自动钻铆末端执行器及自动钻铆方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空领域飞机自动化装配的一种设备，特别涉及一种以可移动机床或关节机器人为载体，适用于对飞机翼类或者机身框架类部件的自动化钻孔、锪窝以及铆接的设备，属于航空自动化装配领域。

背景技术

飞机部件的装配主要是通过铆接方式实现，铆接质量直接影响到飞机的性能和安全性，是飞机制造过程中一项非常重要的工艺环节。以往的末端执行器，仅可以完成对工件的制孔和锪窝任务，但铆接任务仍由人工实现，人工铆接效率低下，且劳动强度大，不利于生产效率的提高，亦不能充分发挥自动化制孔锪窝的优势。此外，以往的末端执行器大都以关节机器人为载体。故本发明提出一种具备了抽铆功能的自动化钻铆末端执行器，以关节机器人与可移动机床为载体，可完成对翼类或者机身框架类部件的自动化装配。

发明内容

一种多功能自动钻铆末端执行器，由控制系统控制，以机床或机器人为载体，其特征在于：集成基准孔检测模块、法向找正模块、压力脚模块、制孔锪窝模块、铆钉接收及检测模块、工位转换模块、抽铆模块，各模块均包括控制电路和执行机构两部分，控制电路控制执行机构，控制系统与各模块的控制电路通讯；

其中：

基准孔检测模块的执行机构包括2D激光轮廓仪、直线伺服滑台、光栅尺，2D激光轮廓仪安装在直线伺服滑台上随动；

法向找正模块的执行机构包括压力脚模块两侧对称分布的4个激光位移传感器；

压力脚模块的执行机构包括安装在导轨上由双气缸驱动的压力脚，气缸通过托板、法兰盘与机床或机器人固定连接；

制孔锪窝模块的执行机构包括安装在移动平台上的钻铆设备、驱动移动平台的电机、检测刀具进给量并反馈至控制电路的长度计量计，及刀具破损检测传感器；

铆钉接收及检测模块的执行机构包括接钉模块和检测模块，接钉模块包括安装在移动平台上的夹钉气爪，接钉模块通过送钉管道与送钉系统连接，检测模块包括直径检测传感器、长度检测传感器；

工位转换模块的执行机构包括托板、安装在托板上的滑台机构、伺服电机、2个导轨制动器，托板预留制孔锪窝模块、抽铆模块接口；

抽铆模块的执行机构包括铆枪、控制铆枪的电磁阀、进给气缸，铆枪通过连接件与进给气缸连接。

一种多功能自动钻铆末端执行器的自动钻铆方法，其特征在于包括如下步骤：

1)基准孔检测：基准孔检测模块检测并识别工件基准孔，获取基准孔圆心的坐标，并与预期坐标进行比较，得出位置误差，对待加工孔的位置进行修正，控制机床或机器人定位至待加工孔位；

2)法向找正：法向找正模块利用4个激光位移传感器，通过法向检测算法拟合出待加工孔所在近似平面的法矢，并对机床或机器人法向姿态偏差进行补偿，使刀具中心线与待加工表面法向重合；

3)压力脚压紧工件：压力脚模块在钻孔之前压紧工件，压力脚模块具有真空旁路吸屑单元，对制孔工作中产生的粉尘和废屑进行吸除，采用气缸和电磁比例阀调整压紧力，并通过PID控制保持耦合力的恒定；

4)制孔与锪窝：当工件将要钻透时，调整主轴进给速度，控制钻头轴向力，减小铆钉出口的毛刺，钻通后钻锪一体化刀具继续进给，进行锪窝；在锪窝过程中，长度计量计精确检测主轴进给量并反馈至控制单元；刀具破损检测传感器每次制孔之前对刀具进行确认，确认将要进行制孔工作的刀具是否准备就绪，采用光帘式光电传感器作为刀具破损检测传感器，配合反光板，传感器将检测状态反馈至控制系统；

5)铆钉的接收与检测：在制孔与锪窝的同时，接钉模块接收送钉管道被压缩气体吹来的抽芯铆钉，并配合检测模块实现对铆钉直径与长度的检测，并最终由接钉模块将铆钉插入铆枪枪头；

6)工位转换：工位转换模块利用滑台对制孔锪窝工位和铆接工位进行转换，利用导轨制动器对工位转换模块位置锁紧；

7)对工件的抽铆：抽铆模块通过铆枪将铆钉插入工件孔内，并最终完成对工件的铆接任务。

进一步，基准孔检测中，通过2D激光轮廓仪获得基准孔弦线两端点的X、Z坐标。直线伺服滑台带动2D激光轮廓仪在Y方向上移动，并通过光栅尺测得移动距离，得到端点的Y坐标值，最终计算得到基准孔实际圆心坐标，再将计算所得坐标值与预期坐标值进行比较，并对所有待加工孔的坐标值进行修正。