一种多功能钻铆执行器及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空制造业自动化装配技术领域，尤其涉及通过真空吸盘将自身吸附在飞机蒙皮表面，从而对飞机机翼或机身框架进行自动钻孔、锪窝以及铆接的高集成、多功能末端执行器，具体的说，是一种多功能钻铆执行器及其工作方法。
【背景技术】
[0002]随着当代飞机制造的发展，人们对飞机性能要求的不断提高，传统的飞机装配已经不能满足其需求，自动化装配技术得到了越来越广泛的应用。飞机自动化装配系统主要沿着两个方向发展:一种是成本较高的、适用于大批量产品的大型专用自动化装配系统，如MPAC、VPAC等；另一种是成本较低的、适用于小批量产品的轻型自动化装配系统，该种系统以轻型化、柔性化、模块化、成本低的优势成为飞机自动装配系统的发展方向之一，其典型代表有基于工业机器臂的自动装配系统、柔性轨道自动化装配系统、轻型自主爬行自动化装配系统。轻型自动化装配系统是在装配效率、系统柔性和设备成本之间折衷的一种方案，受到国内外业界的普遍重视。
[0003]多功能末端执行器是轻型自动化装配系统的关键技术之一，它关系着整个轻型自动化装配系统制孔效率与制孔质量。它主要是用来对飞机机翼或机身框架进行自动钻孔、锪窝以及铆接的一种高集成设备。多功能末端执行器用于飞机自动化装配加工为当代飞机制造自动化领域的技术热点和前沿性领域。目前的国内外轻型自动化装配系统末端执行器部分在结构以及功能上存在以下缺不足:
1)目前大部分轻型自动化装配系统的末端执行器在功能上还不够完善，仅可以完成对工件的制孔和锪窝任务，铆接任务仍由人工实现，生产效率有待提高；
2)目前自动化装配系统的末端执行机器部分虽然能够实现基本的功能，但末端部分在结构上不够紧凑，重量体积过大，影响了成本、制孔质量与制孔效率；
目前的大部分末端执行器大多以工业机器臂或柔性轨道为基体完成自动化装配，对于飞机上复杂的曲面或者复杂结构部分自由度还有待提高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而供一种能对飞机机翼或机身框架进行自动钻孔、锪窝和铆接、集成度高的多功能钻铆执行器及其工作方法。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一种多功能钻铆执行器，其中:包括集成化的制孔锪窝模块、工位转换模块、插钉模块、铆接模块、法向检测模块、压力脚模块以及基准检测模块，
基准检测模块用于检测并识别产品上的高精度基准孔，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，从而对待加工孔的位置进行修正；
法向检测模块包括数个激光位移传感器，激光位移传感器以刀具轴线为中心轴安置，发射激光束到蒙皮表面，检测待加工孔局部微小区域的刀尖点与孔位实际法向的偏差，计算钻铆执行器末端位姿需要调整的角度，进行法向调姿使最终刀尖点与孔位法向偏差在规定范围内，
压力脚模块用于在钻孔之前压紧工件；
制孔与锪窝模块用于在工件上制孔与锪窝；
工位转换模块用于改变钻铆执行器空间位置，在制孔与锪窝模块完成工作后将铆接模块转换至制孔与锪窝模块所在位置，并将制孔与锪窝模块移开；
插钉模块用于将铆钉送入铆接模块中；
铆接模块用于将铆钉铆接在工件上的钻孔中。
[0006]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括:
上述的压力脚模块包括压力脚电机、直线导轨、导轨滑块、第一丝杆连接板、压力脚气缸、排肩管路、滚动轴承、第二丝杆连接板以及吸管支架，压力脚电机与丝杆连接，丝杆穿过第一丝杆连接板，压力脚气缸固定在第一丝杆连接板上，压力脚气缸输出端连接第二丝杆连接板，压力脚气缸能推动第二丝杆连接板相对于直线导轨滑动，滚动轴承设置在压力脚气缸输出端和第二丝杆连接板之间，可以使压力脚气缸输出端和第二丝杆连接板进行微小转动，使压力脚模块下端与工件表面完全贴合，排肩管路固定在吸管支架上用于钻孔后的废渣排泄。
[0007]上述的制孔与锪窝模块包括长度计量计、法兰盘、脱刀气缸、制孔电机以及主轴底板，制孔与锪窝模块主体部分能在主轴底板上前后滑动，法兰盘前端固定刀具，脱刀气缸能驱动制孔与锪窝模块移除刀具；制孔电机为制孔与锪窝提供动力，长度计量计用来精确检测主轴进给量并反馈至控制单元，精确控制主轴锪窝进给量。
[0008]上述的工位转换模块包括转换滑块、转换导轨、伺服电机、铆接底板以及主轴底板，铆接底板与主轴底板都与转换滑块刚性连接，从而整个钻铆执行器末端部分可附随转换滑块在转换导轨上运动。
[0009]上述的铆接模块包括送钉管路、送钉气缸、夹钉气爪和铆枪，插钉模块压缩气体将铆钉通过送钉管路输送至夹钉气爪处，夹钉气爪将铆钉夹住，夹钉气爪在送钉气缸驱动下移至铆枪位置，使铆钉轴线与铆枪轴线重合，铆枪进给将铆钉铆接在工件上的钻孔中。
[0010]上述的还包括换刀模块，换刀模块包括:内存刀具的刀库，刀库包括换刀气缸，换刀气缸支座，换刀气缸能将刀库内的刀具安装在法兰盘前端。
[0011]一种多功能钻铆执行器的工作方法，包括以下步骤:
一、基准检测:在一个站位上，采用CCD相机对工件上的孔进行基准扫描，CCD相机以拍照的方式记录下基准孔的信息，建立局部坐标系，并通过数据处理得出基准孔在钻铆系统下的坐标，从而结合离线编程所获取的孔位信息，以局部坐标系为纽带建立钻铆系统坐标系与广品坐标系之间的关联；
二、法向找正:以刀具轴线为中心轴均匀放置的激光位移传感器发射激光束到蒙皮表面，检测待加工孔局部微小区域的刀尖点与孔位实际法向的偏差；进行法向调姿使刀尖点与孔位法向偏差在规定范围内；
三、压力脚压紧工件:接收到上位机的控制信号后，压力脚电机启动驱动压力脚模块实现预进给，到达预定位置，压力脚电机停转，压力脚气缸启动驱动压力脚压紧工件；
四、制孔锪窝:压力脚模块后缘设置刀具破损检测传感器，当刀具破损检测传感器检测到断刀信号时实行换刀操作，控制的脱刀气缸移除刀具，然后控制换刀气缸将刀具安装到法兰盘前端；若刀具正常，则刀具进给，制孔电机为制孔与锪窝提供动力，转实现切削运动；
五、工位转换:制孔镑窝完成后，工位转换t旲块的伺服电机驱动转换滑块沿着X与Y方向进给到预定位置以完成制孔锪窝和铆接工位的转换；
六、铆接:插钉模块压缩气体将铆钉通过送钉管路输送至夹钉气爪处，光电开关发出信号，夹钉气爪张开将铆钉夹住，送钉气缸驱动夹钉气爪回退，接着送钉气缸驱动夹钉气爪及铆钉旋转至铆枪位置，使铆钉轴线与铆抢轴线重合，将铆钉插入铆枪，最后外接气缸驱动铆枪滑台进给以完成铆接工作。
[0012]步骤一中的基准检测的具体过程为:将CCD相机的扫描路径按照区域进行划分；CCD相机按照区域进行基准扫描，当扫描到基准孔时，经数据处理后记录该基准孔的位置坐标，并按照上述坐标转换方法将其转换到钻铆系统坐标系下；扫描到多个基准孔时，停止扫描，建立局部坐标系；由于局部坐标系与广品坐标系、钻柳系统坐标系均有关联，因此钻柳系统坐标系与产品坐标系的转换关系可以求出。
[0013]与现有技术相比，本发明的优点在于:1、整个末端执行器的功能比较完善具备基准检测、法向找正、压力脚压紧、制孔锪窝、换刀工位转换以及铆接功能；2、整个末端执行器体积小、重量轻、结构简单紧凑、制造成本比较低；3、整个末端执行机器是以自主多足移动平台为载体，而自主多足移动平台通过真空吸盘将自身吸附在飞机蒙皮表面，从而可以对飞机上的复杂曲面和复杂结构部分进行自动化装配因而自由度比较大；4、末端执行器通过中间的十字滑台实现制孔锪窝与铆接的工位转换方便灵活、同时也减轻了末端重量；5、末端执行机器的压力脚部分采用一种电机驱动双气缸进给的结构形式，同时在气缸输出端与压紧模块间设计安装滚动轴承使压力脚垫圈与工件表面完全贴合这样可以保证控制精度高、压紧力稳定，而且压紧力容易控制，为制孔质量提供保证；6、通过爬行钻铆系统外腿吸盘上的驱动机构完成腿部调姿从而实现对末端执行器姿态的调整。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图；
图2是基准检测原理图；
图3是法向检测原理图；
图4是压力脚模块结构示意图；
图5是制孔与锪窝模块结构示意图；
图6是刀库结构示意图；
图7是工位转换模