专利名称：一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置及方法，属于复合材料结构修理技术领域。
背景技术：
随着复合材料在现代飞机结构中的大量应用，飞机复合材料结构修理成为必须解决的重要技术问题。对复合材料结构进行修理时，需要去除损伤区域，其边缘往往是具有一定角度的斜面，由于角度较小，导致打磨区域较大，高精度的打磨对修理的成败有着直接的影响。
现有的损伤去除主要依靠工人手动操纵气动打磨工具来实现，此种方法无论是在精度上还是在效率上都存在不足。发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置及方法。
一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置，包括打磨刀具、激光定位装置和气动打磨工具；
打磨刀具固定在气动打磨工具的钻头位置，打磨刀具的顶端为锥形，直径为Φ” 安装杆直径为Φ2、锥度角为α、高度为1 ；
激光定位装置包括两套激光放射和接收装置、角度指示盘、指针、蜂鸣装置和可旋转连接件；两套激光放射和接收装置同轴设置，为一体结构，两套激光放射和接收装置通过可旋转连接件连接与气动打磨工具的钻头根部连接，指针固定连接在激光放射和接收装置上，指针和激光放射和接收装置能够一起绕铰链处转动；角度指示盘固定在气动打磨工具上，打磨刀具的轴线为I1，两套激光放射和接收装置发出的两束激光的中心线为12，指针在角度指示盘中指向0刻度线的直线为13，I3与I2垂直；当两套激光放射和接收装置旋转时， 指针指向角度指示盘，测量出I1与I2之间的夹角β。
一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨方法，包括以下几个步骤
步骤一在复合材料板上打孔；
在复合材料板上先打圆孔，圆孔的孔径要小于打磨刀具的锥孔的直径；
步骤二、粘贴环形激光反光膜；
在复合材料板已打好的圆孔周围粘贴可反射激光束的环形激光反光膜，环形激光反光膜整体为环形，其内半径比打磨圆孔半径大；
步骤三定位打磨装置进行标定，确定角度刻度线；
标定具体操作如下
1)当旋转激光定位装置时，带动指针旋转，当中心线为I2与轴线I1平行时指针所指的位置为0°刻度；
2)确定0°刻度线以后，使用角度测量工具对角度指示盘的刻度进行标定，0刻度线以上的为激光装置旋转的范围0°至90° ；
步骤四调整定位打磨装置，确定打磨角度；
给定需要的打磨角度A，通过下述公式选取打磨刀具，其锥度角为α，调整激光设备名义中线与手钻轴线的夹角β，保证打磨中的角度，进行打磨；
打磨角A为
当复合材料板为平面时
权利要求
1.一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置，其特征在于，包括打磨刀具、 激光定位装置和气动打磨工具；打磨刀具固定在气动打磨工具的钻头位置，打磨刀具的顶端为锥形，直径为Φ ”安装杆直径为Φ2、锥度角为α、高度为1 ；激光定位装置包括两套激光放射和接收装置、角度指示盘、指针、蜂鸣装置和可旋转连接件；两套激光放射和接收装置同轴设置，为一体结构，两套激光放射和接收装置通过可旋转连接件连接与气动打磨工具的钻头根部连接，指针固定连接在激光放射和接收装置上， 指针和激光放射和接收装置能够一起绕铰链处转动；角度指示盘固定在气动打磨工具上， 打磨刀具的轴线为I1，两套激光放射和接收装置发出的两束激光的中心线为I2，指针在角度指示盘中指向0刻度线的直线为13，I3与I2垂直；当两套激光放射和接收装置旋转时，指针指向角度指示盘，测量出I1与I2之间的夹角β。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置，其特征在于，所述的激光放射和接收装置的旋转范围是0°至90°，角度指示盘的刻度为0°至 90°。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置，其特征在于，所述的定位打磨装置还包括环形激光反光膜，将环形激光反光膜贴在需要打磨的复合材料板壳结构上，打磨装置在环形激光反光膜的位置上进行打磨；环形激光反光膜为环形，且为不连续的扇区。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置，其特征在于，所述的扇区的个数根据精度调整。
5.根据权利要求1、3或者4所述的一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置，其特征在于，所述的两套激光放射和接收装置发出的射线落在环形激光反光膜的同一个反光扇区上，而且，激光放射和接收装置与环形激光反光膜垂直时，激光放射和接收装置接收到反射信号，蜂鸣装置发出蜂鸣声音；两套激光放射和接收装置发出的射线落在环形激光反光膜的空白区上，蜂鸣装置不发出蜂鸣声音。
6.一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨方法，其特征在于，包括以下几个步骤步骤一在复合材料板上打孔；在复合材料板上先打圆孔，圆孔的孔径要小于打磨刀具的锥孔的直径；步骤二、粘贴环形激光反光膜；在复合材料板已打好的圆孔周围粘贴可反射激光束的环形激光反光膜，环形激光反光膜整体为环形，其内半径比打磨圆孔半径大；步骤三定位打磨装置进行标定，确定角度刻度线；标定具体操作如下1)当旋转激光定位装置时，带动指针旋转，当中心线为I2与轴线I1平行时指针所指的位置为0°刻度；2)确定0°刻度线以后，使用角度测量工具对角度指示盘的刻度进行标定，0刻度线以上的为激光装置旋转的范围0°至90° ；步骤四调整定位打磨装置，确定打磨角度；给定需要的打磨角度A，通过下述公式选取打磨刀具，其锥度角为α，调整激光设备名义中线与手钻轴线的夹角β，保证打磨中的角度，进行打磨； 打磨角A为 当复合材料板为平面时J = (…)当复合材料板为小曲率曲面时A —— 2π 1 α + β + arctan | ^·ν其中α为打磨刀具锥形磨头的锥度角，L打磨位置到激光射线基点的弧线距离，R为复合材料板曲率半径；步骤五进行打磨；手持定位打磨装置设备，使打磨刀具的锥形磨头对准圆孔中心，同时使两套激光放射和接收装置对准环形激光反光膜上同一块扇区，发出激光，若两个激光放射和接收装置接收到激光束信号，则说明激光发射处垂直于环形激光反光膜表面，蜂鸣装置发出响声，此时对复合材料板进行打磨，打磨过程中，定位打磨装置勻速的绕圆孔中心做圆周运动，均勻的听到蜂鸣声，若响声不均勻或不响了，则需要重新定位，继续打磨，最终磨出所需具有一定锥度的修理孔。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨方法，其特征在于，步骤一中所述的环形激光反光膜外半径与内半径的差值由激光设备两对激光头距离决定，环形激光反光膜平面要与激光定位装置的中心线I2保持垂直，并且环形激光反光膜内外半径差值为1 2mm。
8.根据权利要求6所述的一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨方法，其特征在于，环形激光反光膜材料为锡箔或铝箔等镜面反射为主的材料。
全文摘要
本发明公开了一种复合材料板壳结构任意角度锥形孔定位打磨装置及方法，在复合材料平板及小曲率板壳需要修理处先打好孔，然后在孔周围预先贴一层环形激光反光膜，反光膜的宽度比激光设备两个激光头距离略大，调整好打磨设备上的激光定位器角度，使激光设备与打磨设备的轴线构成一定角度，此角度可通过计算求的。利用激光反射原理，调整打磨设备角度，使两个激光头分别打在反光膜内外边缘处，调整垂直性，使反射的光线进入激光接收器，当两个激光接收器同时接收到信号时，内部的蜂鸣装置发出蜂鸣声，代表此时设备已经调整好。之后启动打磨设备进行孔边的打磨，直到磨出一定角度的孔边为止。最终实现对板壳结构任意角度锥形孔进行快速定位和打磨。
文档编号B24B5/35GK102513891SQ201110444790
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者乔柳平, 关志东, 刘佳, 刘德博, 刘璐, 穆军武, 邱太文, 陈萍 申请人:北京航空航天大学