一种制孔干涉插钉一体化装置及方法与流程

本发明涉及智能制造数字化装配领域，特别涉及一种应用于飞机大型壁板的制孔干涉插钉一体化装置及方法。

背景技术：

一架飞机上有150～200万个铆钉/螺栓连接件，机械连接需要在零件上制备出孔位。对零件本身来说，不仅削弱了零件的强度，并且在孔的周围会形成应力集中，同时制孔时留下的残余应力会对零件抵抗交变疲劳载荷的能力产生很大的影响。为减小这种影响，对连接孔进行干涉强化成为提高连接结构疲劳寿命的重要工艺措施。而目前现有技术提供的铆接执行器，只能实现制孔、送钉、铆接等功能，可以完成制孔后铆接的工作，很大程度上完善了机器人自动化装配末端执行器的功能。但是在制孔后铆接的工作前，需要再次获取制孔位置，且只能进行铆钉连接，不能实现干涉高锁螺栓连接。综上，如何实现制孔干涉高锁螺栓连接一体化，以改善连接孔位在受载后的应力分布，提高抗疲劳性能和装配效率，是智能制造数字化装配领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制孔干涉插钉一体化装置及方法，用于飞机壁板连接孔的精确制备和高锁螺栓的干涉连接，在保证所制孔的位置精度、法向精度、表面粗糙度和尺寸精度等各项精度指标都能很好地符合设计要求的基础上，对需要进行干涉连接的孔位，在制孔后按照预定的干涉量准确的插入相应直径的高锁螺栓，实现制孔干涉高锁螺栓连接，改善连接孔位在受载后的应力分布，提高连接的抗疲劳性能和装配效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种制孔干涉插钉一体化装置，与机器人连接，所述制孔干涉插钉一体化装置包括：工位转换模块、主轴模块以及插钉模块；

所述工位转换模块，包括驱动机构、双工位连接板以及连接于所述驱动结构与所述双工位连接板之间的连带机构，所述连带机构与所述双工位连接板固定连接；

所述主轴模块，设置在所述双工位连接板的第一工位处，用于壁板连接孔的钻制和锪窝；

所述插钉模块，设置在所述双工位连接板的第二工位处，用于高锁螺栓的干涉插钉；

所述工位转换模块的所述驱动机构驱动所述连带机构转动，实现所述第一工位与所述第二工位的工位转换。

可选的，所述工位转换模块还包括双工位支撑板、滚柱轴环以及相对位移传感器；所述双工位支撑板，设置在所述双工位连接板的下方，用于支撑所述双工位连接板；所述双工位连接板包括第一部分和第二部分；所述滚柱轴环嵌入在所述第一部分的中心处；所述相对位移传感器设置在所述双工位支撑板的侧面；所述驱动结构依次包括驱动伺服电机、电机支座、轴承座、丝杠以及螺母座；所述螺母座的一端外侧设有外螺纹，所述连带机构内侧设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相匹配，所述螺母座通过相匹配的所述内螺纹和所述外螺纹与所述连带机构连接；所述丝杠的一端穿过所述螺母座的另一端，所述丝杠的另一端穿过所述轴承座依次与所述电机支座内的联轴器、所述驱动伺服电机中的电机轴连接，用于实现所述双工位连接板与所述双工位支撑板的动力连接；其中，所述轴承座设置在所述双工位支撑板上。

可选的，所述第一部分为空心圆形结构；所述第二部分为扇形结构，且所述扇形结构的内弧边与所述空心圆形结构的外圆面固定连接；所述第一工位处和所述第二工位处设置在所述扇形结构上。

可选的，所述主轴模块依次包括主轴夹套、电主轴、wk刀柄、钻锪一体刀具；所述主轴夹套设置在所述第一工位处；所述电主轴穿过所述主轴夹套与所述wk刀柄的一端连接；所述钻锪一体刀具，设置在所述wk刀柄的另一端，用于壁板连接孔的钻制和锪窝。

可选的，所述插钉模块依次包括插钉气缸、插钉主轴、夹头连接板以及螺栓夹持部；所述插钉气缸设置在所述第二工位处；所述插钉主轴的一端与所述插钉气缸中的气缸活塞杆轴同轴相接，所述插钉主轴的另一端穿过所述夹头连接板与所述螺栓夹持部中的插钉通道连接，用于实现高锁螺栓的干涉插钉；其中，所述螺栓夹持部内置高锁螺栓姿态检测传感器，用于获取所述高锁螺栓的姿态信息。

可选的，所述装置还包括送钉模块；所述送钉模块，依次包括送钉夹头通道、末端送钉管路、管路整合器、料斗送钉管路以及料斗装置；所述送钉夹头通道，与所述螺栓夹持部中的插钉通道连接，用于为所述螺栓夹持部供应不同规格的高锁螺栓；所述管路整合器的一端，通过所述末端送钉管路与所述送钉夹头通道连接，所述管路整合器的另一端，通过所述料斗送钉管路与所述料斗装置连接；其中，所述料斗送钉管路包括多个；所述料斗装置，用于存储不同规格的所述高锁螺栓以及所述高锁螺栓的自动分拣。

可选的，所述制孔干涉插钉一体化装置还包括进给模块；所述进给模块包括机器人连接法兰、进给模块支撑板以及设置在所述进给模块支撑板上的第一驱动结构、第二驱动结构、两组直线导轨及其附件、多个滑块及其附件、绝对光栅尺和导轨硬限位挡块；所述机器人连接法兰与所述机器人连接；所述进给模块支撑板与所述机器人连接法兰连接；所述第一驱动结构和所述第二驱动结构设置在所述进给模块支撑板的中间部分，所述直线导轨及其附件设置在所述进给模块支撑板的两侧；所述滑块及其附件设置在所述直线导轨及其附件上；所述第一驱动结构，依次包括主轴电机、减速机、第一电机支座、第一丝杠以及第一螺母座，用于实现升转矩降转速的传动目的；所述第二驱动结构依次包括压脚电机、第二丝杠以及第二螺母座；所述绝对光栅尺的固定部分设置在所述进给模块支撑板的侧面；所述绝对光栅尺的移动读数头通过螺钉设置在所述双工位支撑板的侧面，且和所述相对位移传感器不在同一侧；所述固定部分与所述移动读数头设置在同一侧；所述固定部分与所述移动读数头配合，用于在所述相对位移传感器不在量程范围内时，获取所述双工位模块和所述压力脚法向调平模块的相对位移信息；所述导轨硬限位挡块，设置在所述直线导轨及其附件靠近壁板的一端，用于防止所述双工位模块和所述压力脚法向调平模块出错滑落，起安全保障作用；其中，所述双工位支撑板，通过所述第一螺母座固定在所述第一驱动结构上面，通过与所述滑块及其附件连接实现所述工位转换模块的移动；所述第一驱动结构，用于为所述工位转换模块沿制孔轴方向进给提供动力。

可选的，所述制孔干涉插钉一体化装置还包括压力脚法向调平模块；所述压力脚法向调平模块包括压力脚支撑板、设置在所述压力脚支撑板中间位置且带有中心孔的压力脚、压力传感器、相对位移传感器触壁结构以及沿所述压力脚外边缘均匀布置的激光传感器；所述压力脚支撑板，通过所述第二螺母座固定在所述第二驱动结构上方，通过与所述滑块及其附件连接实现所述压力脚法向调平模块的移动；所述第二驱动结构，用于为所述压力脚法向调平模块沿制孔轴方向进给提供动力；所述激光传感器，用于获取所述压力脚与壁板之间的相对距离信息；所述压力传感器，设置在所述压力脚与所述压力脚支撑板之间的连接螺栓孔处，用于获取所述压力脚压紧壁板的压力值；所述相对位移传感器触壁结构，设置在所述压力脚支撑板的侧面，且与所述相对位移传感器同侧；所述相对位移传感器触壁结构，与所述相对位移传感器配合，用于获取所述双工位模块和所述压力脚法向调平模块的相对位移信息，实现锪窝深度的精确控制。

可选的，所述制孔干涉插钉一体化装置还包括视觉找正模块和冷却吸尘模块；其中，

所述视觉找正模块包括视觉装置支撑板、设置在所述视觉装置支撑板两侧的视觉相机和视觉光源支架、以及用所述视觉光源支架支撑的所述视觉光源部；所述视觉装置支撑板，设置在所述压力脚支撑板上；所述视觉相机，用于获取壁板定位钉/孔位置信息；所述视觉光源部，与所述视觉相机朝向壁板的一端连接，用于为所述视觉相机提供光场；

所述冷却吸尘模块包括冷却管路接口和吸尘管路接口；所述冷却管路接口和吸尘管路接口以所述压力脚的垂直轴向对称设置；所述冷却管路接口，一端通向所述压力脚的中心孔，另一端与设放置于所述机器人的平台上的刀具冷却润滑装置连接，用于在末端执行器进行制孔工作时，冷却润滑刀具；所述吸尘管路接口，一端通向所述压力脚的中心孔，另一端与设置于所述机器人的平台上的吸尘装置连接，用于在末端执行器制孔工作时，吸走壁板切屑。

本发明还提供了一种制孔干涉插钉一体化方法，所述制孔干涉插钉一体化方法，包括：

获取壁板的第一定位钉/孔位置信息；

获取激光传感器与壁板间的第一距离信息；

根据所述第一距离信息，调整压力脚法向调平模块的姿态，使所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值，并记录当所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值时的压力脚法向调平模块的第一姿态信息；

获取壁板的第二定位钉/孔位置信息；

获取激光传感器与壁板间的第二距离信息；

根据所述第二距离信息，调整压力脚法向调平模块的姿态，使所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值，并记录当所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值时的压力脚法向调平模块的第二姿态信息；

根据所述第一定位钉/孔位置信息、第一姿态信息、第二定位钉/孔位置信息以及第二姿态信息，采用线性插值算法，计算待制孔的孔位坐标；

根据所述待制孔的孔位坐标，控制所述主轴模块对所述待制孔进行钻制和锪窝，并在所述待制孔完成钻制和锪窝后，控制所述工位转换模块进行所述主轴模块和所述插钉模块工位的转换，控制所述插钉模块进行高锁螺栓的干涉连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种制孔干涉插钉一体化装置及方法，该装置与机器人连接，所述制孔干涉插钉一体化装置包括：工位转换模块、主轴模块以及插钉模块；所述工位转换模块，包括驱动机构、双工位连接板以及连接于所述驱动结构与所述双工位连接板之间的连带机构，所述连带机构与所述双工位连接板固定连接；所述主轴模块，设置在所述双工位连接板的第一工位处，用于壁板连接孔的钻制和锪窝；所述插钉模块，设置在所述双工位连接板的第二工位处，用于高锁螺栓的干涉插钉；所述工位转换模块的所述驱动机构驱动所述连带机构转动，实现所述第一工位与所述第二工位的工位转换。可见，本发明通过设置所述插钉模块，实现高锁螺栓的干涉插钉；本发明通过设置工位转换模块并将工位转换模块旋转所述固定角度，切换主轴模块与插钉模块的工位状态，解决了在插钉时再次寻找插钉孔位置信息的缺陷，实现制孔干涉高锁螺栓连接一体化的目的；因此，采用本发明的装置及方法，在保证所制孔的位置精度、法向精度、表面粗糙度和尺寸精度等各项精度指标都能很好地符合设计要求的基础上，对需要进行干涉连接的孔位，可在制孔后按照预定的干涉量准确的插入相应直径的高锁螺栓，实现制孔干涉高锁螺栓连接一体化的目的，改善连接孔位在受载后的应力分布，提高了抗疲劳性能和装配效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例制孔干涉插钉一体化装置的立体结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明实施例中工位转换模块的结构示意图；

图5为本发明实施例中双工位连接板的结构示意图；

图6为本发明实施例中双工位支撑板的结构示意图；

图7为本发明实施例中主轴模块的结构示意图；

图8为本发明实施例中插钉模块的结构示意图；

图9为本发明实施例中送钉模块的结构示意图；

图10为本发明实施例中进给模块的结构示意图；

图11为本发明实施例中进给模块支撑板的结构示意图；

图12为本发明实施例中压力脚法向调平模块的结构示意图；

图13为本发明实施例中压力脚支撑板的结构示意图；

图14为本发明实施例中视觉找正模块的结构示意图；

图15为本发明实施例中冷却吸尘模块的结构示意图；

图16为本发明实施例制孔干涉插钉一体化方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

壁板自动化制孔连接技术是在车间智能制造大环境下，实现单点产品全智能装配连接的一项先进技术，借助于高刚度、大柔性的设备支撑工装，精确的产品壁板误差识别及定位技术，配合反复研究优化的制孔和干涉插钉工艺参数，有效地控制了加工误差，实现壁板制孔后直接干涉连接，提升了大型壁板的装配效率，消除了产品制孔和连接期间多次定位对已制备叠层孔带来的同轴度误差，提高了装配精度，推动了飞机壁板精密装配和连接技术的发展，基本实现了车间内单点智能制造，为实现全面智能制造奠定基础。

一架飞机上具有150～200万个铆钉/螺栓连接件，机械连接需要在零件上制备出孔位，对零件本身来说，不仅削弱了零件的强度，并且在孔的周围会形成应力集中，同时制孔时留下的残余应力会对零件抵抗交变疲劳载荷的能力产生很大的影响。为减小这种影响，对连接孔进行干涉强化成为提高连接结构疲劳寿命的重要工艺措施。高锁螺栓的干涉连接就是其中一种常见的干涉强化技术。目前干涉螺栓连接多靠人工完成，工作量大，工作效率低，连接后的质量参差不齐。

本发明的目的是提供一种制孔干涉插钉一体化装置及方法，用于飞机壁板连接孔的精确制备和高锁螺栓的干涉连接，在保证所制孔的位置精度、法向精度、表面粗糙度和尺寸精度等各项精度指标都能很好地符合设计要求的基础上，对需要进行干涉连接的孔位，可在制孔后按照预定的干涉量准确的插入相应直径的高锁螺栓，实现制孔干涉高锁螺栓连接，改善连接孔位在受载后的应力分布，提高连接的抗疲劳性能和装配效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例制孔干涉插钉一体化装置的立体结构示意图；图2为图1的左视图；图3为图1的俯视图。如图1-3所示，本发明提供的制孔干涉插钉一体化装置具体包括以下结构：工位转换模块1、主轴模块2、插钉模块3、自动送钉模块4、进给模块5、压力脚法向调平模块6、视觉找正模块7、吸尘冷却模块8。其中，主轴模块2主要用于在产品上制孔/锪窝，电主轴装夹装置以及主轴连接结构在兼顾自重及夹持刚度、稳定性的基础上，进行合理设计、精密制造保证了电主轴的旋转精度以及刀具的径向跳动，保证制孔的孔径公差在设计要求的范围之内。送钉模块4由螺栓分类料斗装置、送钉气动单元、送钉分流管路及其控制单元组成，用于在插钉之前的合适时机将相应规格的高锁螺栓送入插钉模块3的夹持装置中；插钉模块3用于将自动输送的高锁螺栓以一定的干涉量插入已制备的连接孔内；工位转换模块1用于精确切换主轴模块2和插钉模块3至加工工位或闲置工位，采用驱动伺服电机内置的高精度绝对式旋转编码器精确控制旋转角度，以保证加工工位上的执行轴轴线与压力脚内孔轴线的同轴度要求；进给模块5用于保证主轴模块2、插钉模块3和压力脚法向调平模块6沿制孔轴向移动，采用绝对位移光栅尺、相对位移传感器以及力传感器组成的测量反馈子模块，应用全闭环的控制技术，实现移动单元的精确进给，并为压力脚压紧壁板提供适当的压力；压力脚法向调平模块6用于保证制孔和插钉时的法矢角精度，同时保证加工过程中壁板的稳定性，消除产品震颤、变形等因素对加工质量的影响；视觉找正模块7可以精确测量主轴轴线在壁板上投影点与理论孔位的偏差，并将其反馈至控制系统，通过闭环控制技术对点位偏差予以修正，从而保证加工孔位精确的位置度要求；冷却吸尘模块8用于在制孔过程中对刀具进行冷却润滑、及时吸走切削废屑，保证制孔区域的温度正常，同时避免残留的切屑划伤产品，以确保产品的安全和加工过程的正常进行。

图4为本发明实施例中工位转换模块的结构示意图，如图4所示，所述工位转换模块1，包括驱动机构、双工位连接板101以及连接于所述驱动结构与所述双工位连接板之间的连带机构102，所述连带机构102与所述双工位连接板101固定连接；所述主轴模块2，设置在所述双工位连接板101的第一工位处，用于壁板连接孔的钻制和锪窝；所述插钉模块3，设置在所述双工位连接板101的第二工位处，用于高锁螺栓的干涉插钉；所述工位转换模块1的所述驱动机构驱动所述连带机构102转动，实现所述第一工位与所述第二工位的工位转换。

图5为本发明实施例中双工位连接板的结构示意图，如图5所示，所述双工位连接板101包括第一部分1011和第二部分1012；所述第一部分1011为空心圆形结构；所述第二部分1012为扇形结构，且所述扇形结构的内弧边与所述空心圆形结构的外圆面固定连接；所述第一工位处和所述第二工位处设置在所述扇形结构上。

如图4所示，所述工位转换模块1还包括双工位支撑板103、滚柱轴环104以及相对位移传感器。所述滚柱轴环104嵌入在所述第一部分1011的中心处，用于保证双工位连接板101相对转动的自由度，同时承受轴向和径向载荷。所述双工位支撑板103，设置在所述双工位连接板101的下方，用于支撑所述在所述双工位连接板101。所述相对位移传感器通过螺钉设置在所述双工位支撑板103的侧面，可随工位转换模块1沿制孔轴向移动。

图6为本发明实施例中双工位支撑板的结构示意图，如图6所示，所述双工位支撑板103包括双工位支撑部1031、多个滑块及其附件安装部1032、多个安装孔1033以及第一螺母座安装部1034。所述滑块及其附件安装部1032，设置在所述双工位支撑部1031的两侧，用于将所述进给模块5中的滑块及其附件安装在此位置。多个所述安装孔1033，呈圆形结构分布在所述双工位支撑部1031的中心处，用于将所述滚柱轴环104安装在此位置。所述第一螺母座安装部1034，设置在所述双工位支撑部1031的上且与所述滑块及其附件安装部1032相邻，用于将所述进给模块5中的第一螺母座安装在此位置。

如图4所示，所述驱动结构依次包括驱动伺服电机1011、电机支座1012、轴承座1013、丝杠1014以及螺母座1015；所述螺母座1015的一端外侧设有外螺纹，所述连带机构102内侧设有内螺纹，所述内螺纹与所述外螺纹相匹配，所述螺母座1015通过相匹配的所述内螺纹和所述外螺纹与所述连带机构102连接；所述丝杠1014的一端穿过所述螺母座1015的另一端，所述丝杠1014的另一端穿过所述轴承座1013依次与所述电机支座1012内的联轴器、所述驱动伺服电机1011中的电机轴连接，用于保证电机轴与联轴器、丝杠轴的良好同轴度，实现所述双工位连接板与所述双工位支撑板的动力连接；其中，所述轴承座1013设置在所述双工位支撑板103上。

所述工位转换模块通过简单的连杆原理带动双工位连接板101旋转，实现工位转换，驱动伺服电机1011内设高精度绝对式旋转编码器，用于精确控制旋转角度，保证加工工位上的执行轴(主轴模块2或者插钉模块3)轴线与压力脚法向调平模块6中的压力脚的中心孔的轴线的同轴度要求。

图7为本发明实施例中主轴模块的结构示意图，如图7所示，所述主轴模块2依次包括电主轴201、主轴夹套202、wk刀柄203、钻锪一体刀具204；所述主轴夹套202设置在所述第一工位处；所述电主轴201穿过所述主轴夹套202与所述wk刀柄203的一端连接；所述钻锪一体刀具204，与所述wk刀柄203的另一端，用于壁板连接孔的钻制和锪窝。

图8为本发明实施例中插钉模块的结构示意图，如图8所示，所述插钉模块3依次包括插钉气缸301、插钉主轴302、夹头连接板303以及螺栓夹持部304；所述插钉气缸301通过螺钉设置在所述第二工位处；所述插钉主轴302的一端与所述插钉气缸301中的气缸活塞杆轴同轴相接，所述插钉主轴302的另一端穿过所述夹头连接板303与所述螺栓夹持部304中的插钉通道连接，用于实现高锁螺栓的干涉插钉。其中，所述螺栓夹持部304内置高锁螺栓姿态检测传感器，用于获取所述高锁螺栓的姿态信息，并根据此姿态信息将高锁螺栓进行调整，以固定的姿态暂时夹持高锁螺栓，保证高锁螺栓在被插入钉孔前处于一个正确的待插钉姿态，确保只有在高锁螺栓正确输送的前提下进行插钉操作，保障插钉过程安全。

图9为本发明实施例中送钉模块的结构示意图，如图9所示，所述送钉模块4，依次包括送钉夹头通道401、末端送钉管路402、管路整合器403、料斗送钉管路404以及料斗装置405，用于为末端执行器供应不同规格的高锁螺栓。所述送钉夹头通道401，与所述螺栓夹持部304中的插钉通道连接，用于为所述螺栓夹持部供应不同规格的高锁螺栓。所述管路整合器403的一端，通过所述末端送钉管路402与所述送钉夹头通道401连接，所述管路整合器403的另一端，通过所述料斗送钉管路404与所述料斗装置405连接。其中，所述料斗送钉管路404包括多个。所述料斗装置405，放置于工作台供料区，工人将高锁螺栓放入其中，用于存储不同规格的所述高锁螺栓以及所述高锁螺栓的自动分拣。管路整合器403，用于接受不同规格高锁螺栓后通过末端送钉管路402供应给插钉模块3，同时检测通过的各高锁螺栓的姿态，保证接收到的高锁螺栓姿态全部一致，防止出现因高锁螺栓姿态不对损伤产品的事故。整个送钉模块4均放置在设备工作台上，只通过末端送钉管路402将送钉夹头通道401连接插钉模块3。

图10为本发明实施例中进给模块的结构示意图，如图10所示，所述进给模块5，包括机器人连接法兰501、进给模块支撑板502以及设置在所述进给模块支撑板502上的第一驱动结构503、第二驱动结构504、两组直线导轨及其附件505、多个滑块及其附件506、绝对光栅尺507和导轨硬限位挡块508。所述机器人连接法兰501与所述机器人连接。所述进给模块支撑板502与所述机器人连接法兰501连接，即进给模块支撑板502一侧为进给模块5提供支撑，另一侧作为整机的机械接口连接机器人法兰501。所述第一驱动结构503和所述第二驱动结构504设置在所述进给模块支撑板502的中间部分，所述直线导轨及其附件505设置在所述进给模块支撑板502的两侧，所述滑块及其附件506设置在所述直线导轨及其附件505上。直线导轨及其附件505由高强度紧固螺钉安装在进给模块支撑板502上，配合分别安装于工位转换模块1以及压力脚法向调平模块6上的滑块及其附件506，为工位转换模块1以及压力脚法向调平模块6轴向移动提供导向，保证工位转换模块1以及压力脚法向调平模块6进给的直线度要求。

图11为本发明实施例中进给模块支撑板的结构示意图，如图11所示，所述进给模块支撑板502包括进给模块支撑部5021、两个承载所述直线导轨及其附件505的直线导轨承载部5022、与用于安装所述机器人连接法兰101的机器人连接法兰安装部5023；所述直线导轨承载部5022设置在所述进给模块支撑部5021的两侧。所述机器人连接法兰安装部5023设置在所述进给模块支撑部5021的中心处。

所述第一驱动结构503，依次包括主轴电机5031、减速机5032、第一电机支座5033、第一丝杠5034以及第一螺母座5035，用于实现升转矩降转速的传动目的。具体结构关系为：主轴电机5031、减速机5032、第一电机支座5033以及第一丝杠5034通过支撑轴承及轴承座稳固安装于进给模块支撑板502上。第一电机支座5033实现减速机、第一电机支座5033中的联轴器以及第一丝杠5034的丝杠轴的同轴连接。主轴电机5031通过减速机5032连接第一丝杠5034，实现升转矩降转速的传动目的。第一螺母座5035通过螺钉连接双工位支撑板103上，即所述双工位支撑板103，通过所述第一螺母座5035固定在所述第一驱动结构503上面，通过与所述滑块及其附件506连接实现所述工位转换模块1的移动。所述第一驱动结构503，用于为所述工位转换模块1沿制孔轴方向进给提供动力。

所述第二驱动结构504依次包括压脚电机5041、第二丝杠5042以及第二螺母座5043。第二螺母座5043通过螺钉连接于压力脚法向调平模6上，即压力脚法向调平模6，通过所述第二螺母座5043固定在所述第二驱动结构504上面，通过与所述滑块及其附件506连接，带动压力脚法向调平模6沿制孔轴向进给，实现以确定的压紧力压紧壁板。所述第二驱动结构504，用于为所述压力脚法向调平模6沿制孔轴方向进给提供动力。

相对位移传感器和绝对位移光栅尺507组成的测量反馈子模块。所述绝对光栅尺507的固定部分5071设置在所述进给模块支撑板502的侧面；所述绝对光栅尺507的移动读数头5072通过螺钉设置在所述双工位支撑板103上侧面，且和所述相对位移传感器不在同一侧；所述固定部分5071与所述移动读数头5072位于同侧。所述固定部分5071与所述移动读数头5072配合，用于在所述相对位移传感器不在量程范围内时，获取所述双工位模块1和所述压力脚法向调平模块6的相对位移信息，实现锪窝深度的精确控制。

所述导轨硬限位挡块508，设置在所述直线导轨及其附件505靠近壁板的一端，用于为防止所述双工位模块1和所述压力脚法向调平模块6出错滑落，起安全保障作用。

图12为本发明实施例中压力脚法向调平模块的结构示意图，如图12所示，所述压力脚法向调平模块6包括压力脚支撑板601、设置在所述压力脚支撑板601中间位置且带有中心孔的压力脚602、压力传感器603、相对位移传感器触壁结构604以及沿所述压力脚602外边缘均匀布置的激光传感器605。

图13为本发明实施例中压力脚支撑板的结构示意图。如图13所示，所述所述压力脚支撑板601包括压力脚支撑部6011、压力脚安装部6012、多个激光传感器安装部6013、多个滑块及其附件安装部6014以及第二螺母座安装部6015。所述压力脚安装部6012，设置在所述压力脚支撑部6011的一面中心处，用于将所述压力脚602安装在此位置；所述多个激光传感器安装部6013，沿所述压力脚安装部6012外边缘均匀布置，用于将所述激光传感器605设置在此位置。所述滑块及其附件安装部6014，设置在所述压力脚支撑部6011的另一面的两侧，用于将所述进给模块5中的滑块及其附件506安装在此位置；所述第二螺母座安装部6015，设置在所述压力脚支撑部6011的另一面的中心位处，用于将所述进给模块5中的第二螺母座5043安装在此位置。

所述压力脚支撑板601，通过所述第二螺母座5043固定在所述第二驱动结构504上面，通过与所述滑块及其附件506连接实现所述压力脚法向调平模块6的移动。所述第二驱动结构504，用于为所述压力脚法向调平模块6沿制孔轴方向进给提供动力。所述激光传感器605为，沿着压力脚602一定的内锥度倾斜安装，用于采用壁板法矢角调整获取所述压力脚602的中心孔与壁板之间的相对距离信息。所述压力传感器603为环形纽扣式压力传感器，设置在所述压力脚602与所述压力脚支撑板601之间的连接螺栓孔处，用于获取所述压力脚602压紧壁板的压力值。所述相对位移传感器触壁结构604，设置在所述压力脚支撑板601的侧面，且与所述相对位移传感器同侧；所述相对位移传感器触壁结构604，与所述相对位移传感器配合，用于获取所述双工位模块1和所述压力脚法向调平模块6的相对位移信息，实现锪窝深度的精确控制。

图14为本发明实施例视觉找正模块的结构示意图，如图14所示，所述视觉找正模块7包括视觉装置支撑板701、设置在所述视觉装置支撑板701两侧的视觉相机702和视觉光源支架703、以及用所述视觉光源支架703支撑的所述视觉光源部704。所述视觉装置支撑板701，设置在所述压力脚支撑板上601。所述视觉相机702，用于在视觉找正时，获取壁板定位钉/孔位置信息。所述视觉光源部704，与所述视觉相机702朝向壁板的一端连接，用于为所述视觉相机702提供光场。

图15为本发明实施例冷却吸尘模块的结构示意图，如图15所示，所述冷却吸尘模块8包括冷却管路接口801和吸尘管路接口802。所述冷却管路接口801和吸尘管路接口802以所述压力脚602的垂直轴向对称设置。所述冷却管路接口801，一端通向所述压力脚602的中心孔，另一端与放置于所述机器人的平台上的刀具冷却润滑装置连接，用于在末端执行器制孔工作时，冷却润滑刀具。所述吸尘管路接口802，一端通向所述压力脚602的中心孔，另一端与放置于所述机器人的平台上的吸尘装置连接，用于在末端执行器制孔工作时，吸走壁板切屑。

下面通过本发明实施例提供的制孔干涉插钉一体化装置对带曲度的飞机壁板进行高精度制孔和高锁螺栓干涉连接，具体实施步骤如下：

(1)预定位钉/定位孔位置找正：运行机器人离线规划程序，通过机器人将制孔干涉插钉一体化装置移动到壁板上预定位钉/定位孔所在区域，利用视觉相机702对壁板上预定位钉/定位孔所在区域进行拍照和扫面并将拍照扫描结果反馈给控制系统，进而获取视野中央与定位钉中心的坐标差值，并根据此坐标差值控制制孔干涉插钉一体化装置移动，然后再次获取坐标差值，判断坐标差值是否达到要求的找正精度，如果达到精度要求，则停止找正循环；反之，继续移动制孔干涉插钉一体化装置进行找正，并判断精度，直到达到要求的精度范围，则结束找正循环。采用这样不断迭代找正的方法，使该偏差值减小到允许误差范围之内。

(2)法向找正：预定位钉位置找正后，开启四个法向激光传感器605，测量出压力脚602的中心孔的中心位置至壁板的距离，将测量数据反馈给控制系统处理，控制压力脚法向调平模块6的调整位姿，使压力脚602的中心孔的中心位置与定位钉轴线角度偏差处于容许误差范围内。然后记录下此时视觉找正模块7和压力脚法向调平模块6的数据，作为第一组定位数据。

(3)将制孔干涉插钉一体化装置移动到下一个定位钉/定位孔的位置，重复(1)(2)步骤，记录第二组定位数据，对第一组定位数据和第二组定位数据采用线性插值算法，计算出两个定位钉/定位孔之间的所有待制孔的孔位坐标。

(4)压力脚压紧壁板：预定位钉位置找正后，将制孔干涉插钉一体化装置移动到第一个待制孔点，进给模块5开始带动压力脚法向调平模块6进给，进给过程中四个压力传感器603实时监测压力脚压紧壁板的压力，当压紧力达到设定的最佳值时，进给模块5控制压力脚法向调平模块6停止进给，然后利用电机抱闸元件锁紧压脚电机5041的电机轴，直到该孔位加工结束。保证在整个加工过程中壁板所受压力恒定，且不会发生二次变形。

(5)主轴制孔：压力脚602压紧壁板后，电主轴201开始工作，使钻锪一体刀具204以预设参数旋转，进给模块5带动主轴模块2实现电主轴201、钻锪一体刀具204的轴向进给，该过程中绝对光栅尺507开始工作，记录电主轴201的进给量，调节电主轴201接近壁板的速度，当相对位移传感器接触到压力脚602前端后，绝对光栅尺507开始起安全监视作用，不再用作进给位移控制反馈，相对位移传感器实时监测反馈钻锪一体刀具204相对压力脚602前端的进给量，保证制孔和锪窝深度达到给定的精度要求；同时通过调节电主轴201转速实现钻锪一体刀具204转速的调节，使制孔切削参数处于最佳工作参数下，保证制孔质量。

(6)冷却吸尘：在步骤(5)开始后适当时间，打开吸尘冷却模块8，润滑冷却钻锪一体刀具204，降低制孔区域的温度并吸走制孔产生的切削和粉尘，保证加工质量和操作人员的人身安全。

(7)转换工位：制孔完成后，电主轴201退回到初始位置，工位转换模块6工作，带动第一工位和第二工位进行工位状态切换，通过驱动伺服电机1011中的绝对式旋转编码器精确控制旋转角度，将插钉模块3转换至加工工位，并保证插钉主轴302与压力脚602内腔的同轴度要求。

(8)送钉、插钉：工位转换结束后，送钉模块4将合适规格的高锁螺栓送到插钉模块3的螺栓夹持部304中；进给模块5接受到插钉开始信号后，开始带动插钉模块3进给，通过绝对光栅尺507监测反馈，当进给到合适位置后，插钉模块3工作，插钉气缸301中的气动单元将高锁螺栓压入孔内。

(9)转换工位：插钉结束后，插钉模块3退回到初始位置，工位转换模块1工作，将主轴模块2切换到加工工位上。

(10)压力脚退回：工位转换结束后，进给模块5带动压力脚法向调平模块6退回到初始位置，并锁紧所有电机。

(11)移至下一待加工孔位，该孔位制孔插钉结束后，机器人在离线程序驱动下，带动末端执行器移动至下一待加工孔位。

(12)重复上述步骤，实现下一个点位的制孔和插钉。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一、视觉找正模块采用与加工环境色温相适应的补光光源，以及改进的找正算法，保证准确识别壁板的预定位孔/钉，并测量计算工具坐标系原点与其定位中心的偏差值，控制机器人以迭代修正的方式来补偿调整设备与产品之间的定位误差，保证制孔的位置精度。

第二、高锁螺栓干涉连接：对需要干涉连接的孔位，在制孔后，通过准静态压缩的方式将预定规格的高锁螺栓插入连接孔内，提高连接精度和效率。

第三、压力脚法向调平模块的四个激光传感器沿着一定的内锥度倾斜安装，使其打在壁板上的调平测量区域更小，达到更高的调平精度，避免出现偏孔或斜孔。

第四、进给模块采用全闭环的力反馈电动驱动控制方式，通过四个压力传感器实时监测反馈压力脚压紧壁板的压力，准确控制压力脚压紧壁板的压力，使之达到最佳工艺参数。随后，锁死压脚电机，保证加工过程中壁板所受压力恒定，不会发生二次变形。避免过度压紧壁板损伤产品，或因压紧力不足，加工过程中壁板脱离压脚前端面，加工结束时发生瞬间回弹，对制孔干涉插钉一体化装置造成伤害。

第五、制孔锪窝深度的精确控制：在制孔锪窝钻锪一体刀具进给时，高精度相对位移传感器实时监测反馈钻锪一体刀具相对压力脚的进给距离，从而消除因壁板因局部刚度不同，在同一压力下随机变形导致的锪窝深度误差，实现窝深精度的精确控制。

第六、加工状态实时安全智能感知，对产品加工时产生的制孔力和插钉力进行实时监测，反馈至控制系统中，利用模糊算法，对正常和异常的加工状态反馈值进行区分。在发生诸如断刀、主轴异常以及插钉偏斜等不安全的加工状态时，能够及时制动停机，避免对产品和设备造成更大的损伤。

因此，通过本发明实施例提供的一种制孔干涉插钉一体化装置在保证所制孔的位置精度、法向精度、表面粗糙度和尺寸精度等各项精度指标都能很好地符合设计要求的基础上，对需要进行干涉连接的孔位，可在制孔后按照预定的干涉量准确的插入相应直径的高锁螺栓，实现制孔干涉高锁螺栓连接一体化的目的，改善连接孔位在受载后的应力分布，提高了抗疲劳性能和装配效率。

为实现上述目的，本发明还提供了一种制孔干涉插钉一体化方法。

图16为本发明实施例制孔干涉插钉一体化方法的流程示意图，如图16所示，本发明实施例提供的制孔干涉插钉一体化方法具体包括以下步骤：

步骤1601：获取壁板的第一定位钉/孔位置信息。

步骤1602：获取激光传感器与壁板间的第一距离信息。

步骤1603：根据所述第一距离信息，调整压力脚法向调平模块的姿态，使所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值，并记录当所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值时的压力脚法向调平模块的第一姿态信息。

步骤1604：获取壁板的第二定位钉/孔位置信息。

步骤1605：获取激光传感器与壁板间的第二距离信息。

步骤1606：根据所述第二距离信息，调整压力脚法向调平模块的姿态，使所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值，并记录当所述压力脚法向调平模块与定位钉轴线角度的偏差值小于设定值时的压力脚法向调平模块的第二姿态信息。

步骤1607：根据所述第一定位钉/孔位置信息、第一姿态信息、第二定位钉/孔位置信息以及第二姿态信息，采用线性插值算法，计算待制孔的孔位坐标。

步骤1608：根据所述待制孔的孔位坐标，控制所述主轴模块对所述待制孔进行钻制和锪窝，并在所述待制孔完成钻制和锪窝后，控制所述工位转换模块进行所述主轴模块和所述插钉模块工位的转换，控制所述插钉模块进行高锁螺栓的干涉连接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。