一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法及装置与流程

1.本发明属于蒙皮引孔的技术领域，具体涉及一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法及装置。


背景技术：

2.飞机装配工艺是保证飞机产品质量稳定、高强度、长寿命可靠运行的决定性环节。在飞机装配过程中，主要采用的连接方式为螺接和铆接。当飞机蒙皮与骨架连接、骨架与骨架之间连接时，均需钻制数量庞大的连接孔。对于飞机上常规的连接孔，可通过相关的数字化设备完成制孔，并有效保证制孔精度。然而，由于飞机结构复杂，不同部位骨架形状差异较大，且机身表面存在较多复杂的曲面结构，导致较多重要位置的连接孔无法通过自动化设备完成。
3.在飞机各部件连接过程中，为了有效控制铆钉孔位置距离零部件边界处的尺寸且避免干涉，通常需要先在飞机骨架上钻制预制孔（即初孔），然后在预装配时通过骨架上的预制孔向飞机蒙皮上引孔或者采用划线钻孔的方法进行制孔。然而，因装配顺序限制且飞机骨架存在较多的闭角区域，导致工作空间尤为狭小。当从飞机骨架内部向飞机蒙皮引孔时，制孔设备难以置于该区域，且在狭小区域内制孔设备操作难度大，造成引孔困难。而目前常规采用的引孔钉和划线引孔的方式均无法有效保证制孔精度，且现有的引孔方法均存在通用性差、操作不便及较多人为主观判断因素，导致引孔位置标定不准确，易产生定位偏差，严重影响制孔精度和制孔效率。在此类开敞性较差的区域开展制孔作业时，极易产生孔超差问题，从而影响飞机铆接质量。因此，为了提高引孔精度和引孔效率，现今迫切需要一种适用于作业空间狭小和工作环境开放性较差情况下的操作简单、引孔精度高且具有良好通用性的引孔装置。
4.现有技术中，如专利号为“cn109396748b”的专利文件中公开了一种飞机蒙皮磁显影引孔方法，该方法采用永磁材料制成圆柱磁棒，磁棒直径与骨架上初孔尺寸一致，使用时将磁棒一端置于初孔内，在待引孔蒙皮的一侧放置磁极观察片以获得初孔显像图形，随后移动磁极观察片，使观察片上的微孔对准磁显像孔的中心位置，实现初孔位置的标定，随后利用冲头进行制孔。
5.该方法存在以下问题和不足：
①
该方法磁极观察片对孔操作不便。在调整观察片上的微孔与磁显像孔的中心位置对准的过程中，需要反复移动和调整磁极观察片，其过程相当于在初孔磁显像处的圆形区域内寻找确定该圆的圆心。
6.②
该方法磁极观察片对孔操作极易产生误差。在利用磁极观察片进行对孔操作时，圆心孔的对准位置需要人为观察判断，从而引入过多人为主观判断因素，造成制孔误差。
7.③
该方法圆柱磁棒存在无法有效固定的问题。由于飞机蒙皮和骨架大多为非铁磁性材料，即圆柱磁棒无法自动吸附在蒙皮和骨架上，并且圆柱磁棒及飞机骨架均具有一定
硬度，无法保证有效固定。
8.④
该方法普遍适用性较差，采用该方法对飞机骨架上的初孔进行引孔时，由于初孔直径较小，为了保证磁棒可放入初孔内，磁棒直径亦随之减小，在该情况下，一方面会导致磁棒体积变小，磁力变弱，不利于磁显像。
9.如专利号为“cn 107745825b”的专利文件中公开了一种利用磁场定位的引孔装置及其使用方法，该装置采用有机玻璃底座与型腔模型螺栓连接，有机玻璃底座上具有与开孔位置相对应的磁棒安装孔，使用时，将该装置与型腔模型共同置于待引孔的型腔内，并在安装孔内放入磁棒，通过在型腔外侧放置磁球，磁球被磁棒吸引的方法进行引孔，磁球位置即为制孔位置。
10.该装置存在以下问题和不足：
①
该装置通用性差。该装置所使用的型腔模型需根据构件开孔区域处的型腔形状制作相应的玻璃钢磨具，对于不同型腔需制作相对应的玻璃钢磨具，费时费力。
11.②
开孔位置标定不方便，易产生定位偏差。由于该装置采用磁球定位开孔位置，在制孔时需提前标定磁球位置，由于磁球与型腔之间为点接触，磁球易滚落，且在标定开孔位置时，易造成磁球移动而产生定位偏差。
12.③
磁球不易手持，且易被其他磁性材料吸引，在开展引孔操作前期和后期不易收纳和操作。
13.如专利号为“cn201693217u”的专利文件中公开了一种弓形引孔器，该装置整体呈弓形，其中弓形的一端为导头，另一端焊有导套，并保证导套与导头同心。引孔时利用弓形器导套与导头同心这一条件实现引孔。然而，受限于装置的设计原理，为保证导套与导头同心，导套与导头存在半闭合区域，对于开敞性差、工作空间狭小、复杂、大型构件的引孔，该装置将不再适用。
14.此外，采用引孔钉进行引孔是目前常用的引孔方法之一，由于引孔钉上端突出于飞机骨架上方一段距离，使得飞机蒙皮与骨架之间存在间隙，对于含有复杂曲面区域的骨架及蒙皮，该引孔方法将无法保证飞机蒙皮与飞机骨架的贴合度，最终导致引孔位置出现偏移，影响制孔精度。
15.综上所述，现有的引孔方法均存在通用性差、操作不便及较多人为主观判断因素而导致引孔位置标定不准确、易产生定位偏差、无法有效实现对开敞性较差工作环境实施制孔等问题。以上诸多问题将严重影响制孔精度及制孔效率，并极易产生“8”字孔、孔超差等问题，最终影响飞机铆接质量并降低工作效率。因此，为了提高引孔精度和效率，现今迫切需要一种适用于作业空间狭小和工作环境开放性较差情况下的操作简单、引孔精度高且具有良好通用性的引孔装置。基于此，本发明提出一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法及装置，实现了高精度快速引孔。


技术实现要素：

16.本发明的目的在于提供一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法及装置，能够对飞机蒙皮进行高精度快捷引孔。
17.本发明通过下述技术方案实现：一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔装置，包括对应骨架上的定位孔设置的
定位电磁线圈部、对应定位电磁线圈部设置并在定位电磁线圈部的磁吸作用下沿着蒙皮表面滑动的引孔电磁线圈部，所述引孔电磁线圈部的内部同轴滑动设置有标定部，所述标定部的顶部延伸至引孔电磁线圈部的外侧并套设有次级电磁线圈部，所述次级电磁线圈部的顶部设置有与标定部的顶部相互磁吸的磁吸部，所述次级电磁线圈部的底部设置有带动标定部轴向移动的弹性部。
18.根据电磁学原理可知，通电导线在磁场中受到的作用力，即安培力。当两个通有同向电流的线圈相互靠近时，通电线圈将受到安培力的作用而产生移动，直到两个线圈重合时安培力等于零，线圈将不再发生移动。定位电磁线圈部中的线圈与引孔电磁线圈部中的线圈具有相同的几何及物理参数，并通有相同方向和大小的电流。由于定位电磁线圈部中的线圈通过骨架上的定位孔固定不动，则引孔电磁线圈部中的线圈在靠近定位电磁线圈部中的线圈时将在定位电磁线圈部中的线圈所产生的磁场中受到安培力的作用。根据安培定律可知，定位电磁线圈部中的线圈所产生的磁场方向为：在定位电磁线圈部中的线圈内部，磁感线垂直于纸面向里；在定位电磁线圈部中的线圈外部，磁感线垂直于纸面向外。则引孔电磁线圈部中的线圈在靠近定位电磁线圈部中的线圈时，根据左手定则，引孔电磁线圈部中的线圈在非外力干涉下自动向定位电磁线圈部中的线圈的方向移动直到两个线圈完全重合，此时安培力等于零。
19.定位电磁线圈部直接与骨架上的定位孔同轴连接，使得定位电磁线圈部与骨架上的定位孔保持同轴状态，同时通过定位孔与定位电磁线圈部的配合保证定位电磁线圈部的位置固定。将引孔电磁线圈部贴合放置在骨架一侧的蒙皮表面，并将引孔电磁线圈部预先移动至能够与定位电磁线圈部发生电磁吸引的区域内。然后对引孔电磁线圈部与定位电磁线圈部通电，使得定位电磁线圈部与引孔电磁线圈部均产生磁性并相互吸引，由于定位电磁线圈部通过骨架上的定位孔进行固定，因此引孔电磁线圈部在定位电磁线圈部的吸引下沿着蒙皮的表面进行滑动。在电磁力的作用下，引孔电磁线圈部会自动沿着蒙皮表面滑动至与定位电磁线圈部同轴的位置。然后对次级电磁线圈部通电，使得次级电磁线圈部产生与磁吸部相斥而与引孔电磁线圈部相吸的磁性，此时次级电磁线圈部同轴靠近引孔电磁线圈部，使得弹性部压缩，直到带动标定部的一端与蒙皮接触并在蒙皮表面形成标定记号，即完成蒙皮上的孔位标定。
20.为了更好地实现本发明，进一步的，所述定位电磁线圈部包括定位铁芯、定位孔塞、定位激励线圈，所述定位铁芯的内部同轴插装有定位孔塞，所述定位孔塞的一端对应骨架上的定位孔设置；所述定位铁芯的外侧套设有定位激励线圈。
21.为了更好地实现本发明，进一步的，所述引孔电磁线圈部包括引孔铁芯、引孔找正线圈、引孔外罩，所述引孔铁芯的中心处同轴滑动插装有标定部，所述引孔铁芯的外侧套装有引孔找正线圈，所述引孔外罩同轴设置在引孔铁芯的外侧；所述次级电磁线圈部的顶部通过磁吸部与引孔外罩的内侧顶部磁吸连接，次级电磁线圈部的底部通过弹性部与引孔铁芯的顶部连接。
22.为了更好地实现本发明，进一步的，所述次级电磁线圈部包括次级铁芯、次级线圈，次级铁芯套设在标定部的外侧，次级铁芯的顶部通过磁吸部与标定部的顶部相互磁吸，所述次级铁芯的底部设置有带动标定部轴向移动的弹性部，次级铁芯的外部套设有次级线圈。
23.为了更好地实现本发明，进一步的，所述标定部包括标定笔，所述标定笔同轴滑动设置在引孔电磁线圈部的内部。
24.为了更好地实现本发明，进一步的，还包括供电装置，所述供电装置分别与定位电磁线圈部、引孔电磁线圈部、次级电磁线圈部供电，使得定位电磁线圈部、引孔电磁线圈部、次级电磁线圈部带有磁性。
25.一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法，基于电磁引孔装置实现，包括以下步骤：步骤1、将定位电磁线圈部对应骨架上的定位孔同轴定位连接；步骤2、将引孔电磁线圈部贴合设置在蒙皮表面，并将引孔电磁线圈部贴合蒙皮滑动至能够与定位电磁线圈部进行电磁吸引的区域；步骤3、对定位电磁线圈部以及引孔电磁线圈部通电，通过定位电磁线圈部与引孔电磁线圈部之间的电磁力的相互作用，使得引孔电磁线圈部贴合蒙皮表面滑动至与定位电磁线圈部同轴的位置；步骤4、对次级电磁线圈部通电，使得次级电磁线圈部与磁吸部相斥而与引孔电磁线圈部相吸，进而带动标定部沿着与引孔电磁线圈部同轴的方向滑动并接触蒙皮实现孔位标定。
26.为了更好地实现本发明，进一步的，孔位标定结束后，对次级电磁线圈部断电，使得磁吸部吸引次级电磁线圈部，进而使得弹性部拉伸后带动标定部脱离蒙皮。
27.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明提出了一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法及装置，该方法及装置解决了现有引孔方法及装置存在的通用性差、操作不便及较多人为主观判断因素而导致的引孔位置标定不准确、易产生定位偏差、无法有效实现对开敞性较差工作环境实施制孔，造成制孔精度及制孔效率低并极易产生“8”字孔、孔超差，最终严重影响飞机铆接质量并降低产能的问题。
28.该装置利用电磁场在不损坏飞机构件的情况下，可在一定范围内穿过飞机骨架及蒙皮的性质，以及将分别处于飞机骨架和蒙皮两侧的两个通有同向电流的线圈相互靠近时，线圈在相互的磁场中将受到安培力的作用而产生移动，最终两个线圈保持同轴这一电磁原理，在不损坏飞机蒙皮和骨架的情况下实现引孔位置的自动找正。该引孔方法及装置具有以下优势：结构简单，便于操作，通用性、稳定性及引孔的准确性强，适用于各种形状、结构非铁磁性材料的引孔。同时，该装置可通过控制通入线圈中电流的大小来控制磁场的强弱，可适应不同厚度飞机蒙皮和骨架的引孔。此外，该引孔装置的铁芯采用具有底矫顽力和高磁导率的软磁材料，在通电线圈所产生的磁场作用下更容易被磁化，从而起到增强磁场的作用，当关闭电源后，引孔装置不再具有强磁性，标定笔自动复位，保证引孔装置在未工作时不会吸引其他磁性材料，装置的保管及收纳条件要求低。该装置有效克服了由于作业空间狭小和工作环境开放性差导致的引孔困难、孔超差等问题。同时该方法及装置可节约人力，提高产能，具有巨大的实际应用价值。
附图说明
29.图1为电磁引孔装置的整体结构示意图；
图2为图1的a处局部放大图。
30.其中：1-定位电磁线圈部；2-引孔电磁线圈；3-标定部；4-次级电磁线圈部；5-磁吸部；6-弹性部；11-定位铁芯；12-定位孔塞；13-定位激励线圈；21-引孔铁芯；22-引孔找正线圈；23-引孔外罩；41-次级铁芯；42-次级线圈。
具体实施方式
31.实施例1：本实施例的一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔装置，如涂1所示，包括对应骨架上的定位孔同轴设置的定位电磁线圈部1、对应定位电磁线圈部1设置并在定位电磁线圈部1的磁吸作用下沿着蒙皮表面滑动的引孔电磁线圈部2，所述引孔电磁线圈部2的内部同轴滑动设置有标定部3，所述标定部3的顶部延伸至引孔电磁线圈部2的外侧并套设有次级电磁线圈部4，所述次级电磁线圈部4的顶部设置有与标定部3的顶部相互磁吸的磁吸部5，所述次级电磁线圈部4的底部设置有带动标定部3轴向移动的弹性部6。
32.首先将定位电磁线圈部1同轴固定在骨架上的定位孔中，使得定位电磁线圈部1与定位孔保持同轴固定的状态。然后将引孔电磁线圈部2贴合设置在蒙皮的表面，并将引孔电磁线圈部2预先移动至能够与定位电磁线圈部1进行电磁吸引的区域。然后分别对定位电磁线圈部1与引孔电磁线圈部2通电使其产生磁性，此时引孔电磁线圈部2受到定位电磁线圈部1的吸引，进而沿着蒙皮的表面滑动，直到引孔电磁线圈部2滑动至与定位电磁线圈部1同轴的位置停止，此时引孔电磁线圈部2与骨架上的定位孔严格同轴。
33.然后对次级电磁线圈部4通电，使得次级电磁线圈部4产生与磁吸部5相斥并与引孔电磁线圈部2相吸的磁性，此时次级电磁线圈部4同轴靠近引孔电磁线圈部2，同时使得弹性部6压缩，进而带动标定部3沿着与引孔电磁线圈部2同轴的方向靠近蒙皮，当标定部3的端部与蒙皮表面接触时，即可完成对蒙皮上孔位的标定。
34.孔位标定结束后，对次级电磁线圈部4通电断电，此时次级电磁线圈部4在磁吸部5的吸引下向上移动，同时弹性部6回弹，带动标定部3远离蒙皮复位。
35.进一步的，为了减少引孔电磁线圈部2与蒙皮之间的滑动摩擦力，在引孔电磁线圈部2与蒙皮的接触面上均布设置有若干滚珠。
36.实施例2：本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图1所示，所述定位电磁线圈部1包括定位铁芯11、定位孔塞12、定位激励线圈13，所述定位铁芯11的内部同轴插装有定位孔塞12，所述定位孔塞12的一端对应骨架上的定位孔设置；所述定位铁芯11的外侧套设有定位激励线圈13。
37.定位铁芯11的中心处同轴设置有安装孔，安装孔中插装有定位孔塞12，定位孔塞12的定位端延伸至安装孔外侧并与骨架上的定位孔配合插接。根据骨架上的定位孔的孔径大小，可以在定位孔塞12的定位端设置相应直径的插接部。定位铁芯11的外侧设置有安装环槽以供定位激励线圈13卷绕。定位激励线圈13与供电装置连接，通过供电装置向定位激励线圈13供电，进而在定位铁芯11中产生磁场。
38.本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
39.实施例3：
本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，如图1所示，所述引孔电磁线圈部2包括引孔铁芯21、引孔找正线圈22、引孔外罩23，所述引孔铁芯21的中心处同轴滑动插装有标定部3，所述引孔铁芯21的外侧套装有引孔找正线圈22，所述引孔外罩23同轴设置在引孔铁芯21的外侧；所述次级电磁线圈部4的顶部通过磁吸部5与引孔外罩23的内侧顶部磁吸连接，所述次级电磁线圈部4的底部通过弹性部6与引孔铁芯21的顶部连接。
40.引孔铁芯21的中心处同轴设置有安装孔，安装孔中同轴滑动插装有标定部3，标定部3的标定端用于对蒙皮上进行孔位标定。引孔铁芯21的外侧面上设置有安装环槽以供引孔找正线圈22卷绕，引孔找正线圈22与供电装置连接，通过供电装置向引孔找正线圈22供电，进而在引孔铁芯21中产生磁场。
41.引孔铁芯21的外部同轴套装有引孔外罩23，引孔外罩23的中心处设置有供标定部3的顶端滑动穿过的通孔。标定部3位于引孔外罩23内部的区域上套设有次级电磁线圈部4，引孔外罩23内侧顶部设置有磁吸部5。
42.本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
43.实施例4：本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，如图2所示，所述次级电磁线圈部4包括次级铁芯41、次级线圈42，所述次级铁芯41套设在标定部3的外侧，所述次级铁芯41的顶部通过磁吸部5与标定部3的顶部相互磁吸，所述次级铁芯41的底部设置有带动标定部3轴向移动的弹性部6，所述次级铁芯41的外部套设有次级线圈42。
44.次级铁芯41的中心处设置有与标定部3同轴连接的连接螺纹孔，标定部3的外侧设置有与连接螺纹孔螺纹连接的外螺纹。次级铁芯41的外侧面上设置安装环槽以供次级线圈42卷绕。次级线圈42与供电装置连接，通过供电装置向次级线圈42供电，进而在次级铁芯41中产生磁场，使得次级铁芯41与磁吸部5相斥而与引孔铁芯21相吸，进而带动标定部3沿着引孔铁芯21中心的安装孔同轴滑动，直到标定部3的标定端与蒙皮表面接触。
45.本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
46.实施例5：本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，所述标定部3包括标定笔，所述标定笔同轴滑动设置在引孔电磁线圈部2的内部。
47.标定笔靠近蒙皮的一端为笔尖，通过笔尖按压蒙皮，进而对蒙皮表面进行孔位标定。
48.本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
49.实施例6：本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，还包括供电装置，所述供电装置分别与定位电磁线圈部1、引孔电磁线圈部2、次级电磁线圈部4供电，使得定位电磁线圈部1、引孔电磁线圈部2、次级电磁线圈部4带有磁性。
50.软磁材料包括但不限于铁氧体。
51.本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。
52.实施例7：一种用于飞机蒙皮与骨架装配的电磁引孔方法，基于上述的电磁引孔装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将定位电磁线圈部1对应骨架上的定位孔同轴定位连接；步骤2、将引孔电磁线圈部2贴合设置在蒙皮表面，并将引孔电磁线圈部2贴合蒙皮滑动至能够与定位电磁线圈部1进行电磁吸引的区域；步骤3、对定位电磁线圈部1以及引孔电磁线圈部2通电，通过定位电磁线圈部1与引孔电磁线圈部2之间的电磁力的相互作用，使得引孔电磁线圈部2贴合蒙皮表面滑动至与定位电磁线圈部1同轴的位置；步骤4、对次级电磁线圈部4通电，使得次级电磁线圈部4与磁吸部5相斥而与引孔电磁线圈部2相吸，进而带动标定部3沿着与引孔电磁线圈部2同轴的方向滑动并接触蒙皮实现孔位标定。
53.实施例8：本实施例在上述实施例7的基础上做进一步优化，孔位标定结束后，对次级电磁线圈部4断电，使得磁吸部5吸引次级电磁线圈部4，进而使得弹性部6拉伸后带动标定部3脱离蒙皮。
54.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。