一种曲面工件法向柔性定位吸附装置及定位吸附方法与流程

本申请涉及空间三角坐标调节及锁紧机构、真空吸附装置、膨胀张紧机构的组合运用，适用于诸如飞机复材壁板等具有复杂曲面外形工件的法向柔性精确定位和吸附。

背景技术：

在飞机部装、总装生产线上，经常需要工装定位器对飞机复杂曲面工件的法向进行精确定位和固定，以满足飞机装配技术要求。

1.传统工装常采用法向不可调整的刚性定位器形式，法向调整一般通过搭设专用调整支架或者专用螺纹顶丝等方式实现，法向调整到位后，通过在刚性定位器与工装支座的连接界面填充环氧水泥或者塞硬垫的方式将刚性定位器固定下来。这种法向定位器形式和调整法向的方法适用于专用型工装，不具备柔性和通用性，法向调节效率低，工装研制成本高。

2.传统飞机壁板为金属壁板，金属壁板上的螺接孔、铆接孔等可以用来安装工艺接头，工装定位器通过工艺接头与金属壁板进行连接，通过定位器的协同运动，对飞机壁板进行位姿调姿。相比金属壁板而言，复材壁板具有越来越明显的性能优势，特别在飞机减重设计方面，复材的大量应用是飞机发展的一个重要方向。由于复材大多经过铺丝、铺带，进热压罐胶合而成，复材上没有现成的孔位,如果现制孔位，将对复材质量造成影响，因此，飞机复材壁板如何与工装定位器建立连接关系，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请提供了一种曲面工件法向柔性定位吸附装置，含有法兰座、a角调节模块、b角调节模块、c角调节模块、张紧器、真空装置、吸盘；a角调节模块、b角调节模块、c角调节模块两两垂直且相互独立；a角调节模块的底面与平板状法兰座连接固定，a角调节模块设置有一对转动支轴和一根锁紧杆，b角调节模块含有连接端和运动端，在连接端上设置有一对支孔和一对180°圆弧槽轨道，支孔与a角调节模块上的支轴与进行孔轴配合，形成a角转动副，a角调节模块上的锁紧杆穿越b角调节模块上连接端的圆弧槽轨道，实现a角转动的锁紧与松开；在b角调节模块的运动端上设置有一对转动支轴和一根锁紧杆，在c角调节模块上设置有一对支孔和一对180°圆弧槽轨道，b角调节模块的运动端上的一对转动支轴与c角调节模块上的一对支孔进行孔轴配合，形成b角转动副，b角调节模块的运动端上的一根调节b角锁紧杆穿越c角调节模块圆弧槽轨道，实现b角转动的锁紧与松开；c角调节模块的底端面设置有圆环状母头，张紧器是一个两端都带有圆环胀体，中间设置内六角孔便于安装真空装置；c角调节模块上的圆环状母头与张紧器上一端可变外径圆环公头进行孔轴配合，形成c角转动副，通过改变张紧器上的圆环胀体的外径，实现c角转动的锁紧与松开；a角调节模块和b角调节模块中的一对转动支轴要求同轴，其共同轴线与锁紧杆的中心线平行；b角调节模块和c角调节模块中的一对支孔要求同轴，其共同轴线也应与一对180°圆弧槽轨道的中心线平行；a、b、c三个角度调节模块同时调节，得到空间任意法向角；张紧器上另一端的圆环胀体与带有内孔法兰面的吸盘进行孔轴配合，实现吸盘的胀紧与松开；真空装置是一个外六角柱体的真空发生装置，通过插入张紧器5中间内六角孔，并用备紧螺栓14进行顶紧，实现真空装置在张紧器的安装。

张紧器由两个带开口的圆环胀体、备紧螺栓、实心长方体、带槽口的长方块、推动螺栓、手柄组成，实心长方体和带槽口的长方块通过上下两端带开口的圆环胀体连接起来形成一个中间带有间隙的整体，备紧螺栓和推动螺栓旋入实心长方体的螺孔中固定，通过扳动手柄带动凸轮曲面的变化，使圆环胀体的外径变化，从而实现张紧器在其它插入结构中的张紧安装。

吸盘是一个圆柱体，圆柱体的上端面刻有类似打靶靶标上的沟槽，这些沟槽由十字沟槽和不同外径的圆环沟槽组成，沟槽的作用是产生真空负压以便与工件产生吸附力；圆柱体的下端面是一个方形的下陷，与张紧器的方形外轮廓配合，对吸盘起定位作用；外圆柱面是基于激光可采集精确点位的加工曲面，要求有较高的圆柱度和直线度。真空装置含有进气接头、真空发生器、密封碗，这三者按气路顺序安装连接起来。

使用该柔性定位吸附装置进行定位吸附的方法，包括以下步骤：

1通过法兰座将法向柔性定位吸附装置安装固定在定位器上；

2将激光跟踪仪固定在离法向柔性定位吸附装置不远的地面上，要求激光跟踪仪光路开敞，能采集到吸盘外圆柱面上的点位；

3用激光跟踪仪对法向柔性定位吸附装置中吸盘的外圆柱面进行ots实时扫描和运算，并拟合出吸盘的中心线，与目标法线进行比对，找出需要调节的各个方向的角度；

4按需松开可调节松紧杆，通过调整a角调节模块的a角角度和b角调节模块的b角角度，将吸盘的中心线调节到与曲面工件外形法线一致，然后将可调节松紧杆备紧，锁紧a角调节模块和b角调节模块；

5松开带凸轮的手柄，使张紧器与c角调节模块和吸盘处于松开状态，调节c角到位后使张紧器张紧；

6真空装置的进气接头与外气源接通，启动真空发生器，吸盘将曲面工件沿法向精确地吸附定位在工装上。

本申请提供了一种三角自由度均可调节、可锁紧，能与复杂曲面外形工件建立稳固吸附关系的柔性定位装置及定位吸附方法，可以快速实现曲面工件法向的调节和定位，适用于多种不同曲率曲面工件的法向定位和吸附。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述：

附图说明

图1是曲面工件法向柔性定位吸附装置组成示意图。

图2是曲面工件法向柔性定位吸附装置剖视图

图3是a角调节模块2示意图

图4是b角调节模块3示意图

图5是c角调节模块4示意图

图6是张紧器5轴侧示意图

图7是张紧器5俯视示意图

图8是吸盘1示意图

图9是真空装置6示意图

图10是曲面工件法向柔性定位吸附装置应用示意图

图中编号说明：1法兰座、2a角调节模块、3b角调节模块、4c角调节模块、5张紧器、6真空装置、7吸盘、8转动支轴、9可调节松紧的杆、10一对同心孔、11一对180°圆弧槽轨道、12圆环状母头、13圆环胀体、14备紧螺栓、15实心长方体、16带槽口的长方块、17推动螺栓、18带凸轮的手柄、19凸轮曲面、20进气接头、21真空发生器、22密封碗、23曲面工件、24定位器

具体实施方式

参见附图1-5，一种曲面工件法向柔性定位吸附装置，含有法兰座1、a角调节模块2、b角调节模块3、c角调节模块4、张紧器5、真空装置6、吸盘7；所述a角调节模块2的底面与平板状法兰座1连接固定，a角调节模块2设置有一对转动支轴8和一根锁紧杆9，b角调节模块3含有连接端和运动端，在连接端上设置有一对支孔10和一对180°圆弧槽轨道11，支孔10与a角调节模块2上的支轴8与进行孔轴配合，形成a角转动副，a角调节模块2上的锁紧杆9穿越b角调节模块3上连接端的圆弧槽轨道11，实现a角转动的锁紧与松开；在b角调节模块3的运动端上设置有一对转动支轴8和一根锁紧杆9，在c角调节模块4上设置有一对支孔10和一对180°圆弧槽轨道11，b角调节模块3的运动端上的一对转动支轴8与c角调节模块4上的一对支孔10进行孔轴配合，形成b角转动副，b角调节模块3的运动端上的一根调节b角锁紧杆9穿越c角调节模块4圆弧槽轨道11，实现b角转动的锁紧与松开；c角调节模块4的底端面设置有圆环状母头12，张紧器5是一个两端都带有圆环胀体13，中间设置内六角孔便于安装真空装置6；c角调节模块4上的圆环状母头12与张紧器5上一端可变外径圆环公头13进行孔轴配合，形成c角转动副，通过改变张紧器5上的圆环胀体13的外径，实现c角转动的锁紧与松开；张紧器5上另一端的圆环胀体13与带有内孔法兰面的吸盘7进行孔轴配合，实现吸盘7的胀紧与松开；真空装置6是一个外六角柱体的真空发生装置，通过插入张紧器5中间内六角孔，并用备紧螺栓14进行顶紧，实现真空装置6在张紧器5的安装。

参见附图3，a角调节模块2设置有一对转动支轴8和一根锁紧杆9,在制造过程中,一对转动支轴8要求同轴，其共同轴线也应与锁紧杆9的中心线平行，a角调节范围为-90°～+90°，在实际应用中，可以根据实际需要调整a角的调节范围。

参见附图4，b角调节模块3含有连接端和运动端，在连接端上设置有一对支孔10和一对180°圆弧槽轨道11，在运动端上设置有一对转动支轴8和一根锁紧杆9。在制造过程中，一对支孔10要求同轴，其共同轴线也应与一对180°圆弧槽轨道11的中心线平行，一对转动支轴8要求同轴，其共同轴线也应与锁紧杆9的中心线平行，b角调节范围为-90°～+90°，在实际应用中，可以根据实际需要调整b角的调节范围。

a角调节模块2与b角调节模块3的连接安装方法为：b角调节模块3上支孔10与a角调节模块2上的支轴8与进行孔轴配合，形成a角转动副，a角调节模块2上的锁紧杆9穿越b角调节模块3上连接端的圆弧槽轨道11，实现a角转动的锁紧与松开；b角调节模块3的运动端上的一对转动支轴8与c角调节模块4上的一对支孔10进行孔轴配合，形成b角转动副，b角调节模块3的运动端上的一根调节b角锁紧杆9穿越c角调节模块4圆弧槽轨道11，实现b角转动的锁紧与松开。

参见附图5，c角调节模块4上设置有一对支孔10和一对180°圆弧槽轨道11，在c角调节模块4的底端面设置有圆环状母头12。在制造过程中，一对支孔10要求同轴，其共同轴线也应与一对180°圆弧槽轨道11的中心线平行，c角调节范围为-180°～+180°，在实际应用中，可以根据实际需要调整c角的调节范围。

b角调节模块3与c角调节模块4的连接安装方法为：b角调节模块3上的一对转动支轴8与c角调节模块4上的一对支孔10进行孔轴配合，形成b角转动副，b角调节模块3的运动端上的一根调节b角锁紧杆9穿越c角调节模块4圆弧槽轨道11，实现b角转动的锁紧与松开。

参见附图6和图7，张紧器5由两个带开口的圆环胀体13、备紧螺栓14、实心长方体15、带槽口的长方块16、推动螺栓17、手柄18组成，实心长方体15和带槽口的长方块16通过上下两端带开口的圆环胀体13连接起来形成一个中间带有间隙的整体，备紧螺栓14和推动螺栓17旋入实心长方体15的螺孔中固定，通过扳动手柄18带动凸轮曲面18的变化，使圆环胀体13的外径变化，从而实现张紧器5在其它插入结构中的张紧安装。

张紧器5与c角调节模块4的连接安装方法为：c角调节模块4上的圆环状母头12与张紧器5上一端可变外径圆环公头13进行孔轴配合，形成c角转动副，通过改变张紧器5上的圆环胀体13的外径，实现c角转动的锁紧与松开。

参见图8，吸盘7是一个圆柱体，圆柱体的上端面刻有类似打靶靶标上的沟槽，这些沟槽由十字沟槽和不同外径的圆环沟槽组成，沟槽的作用是产生真空负压以便与工件产生吸附力。圆柱体的下端面是一个方形的下陷。吸盘7的外圆柱面是基于激光可采集精确点位的加工曲面，要求有较高的圆柱度和直线度。

吸盘7与张紧器5的连接安装方法为：将张紧器5的方形外轮廓插入吸盘7的带方形的下陷，将张紧器5的一端可变外径圆环公头13插入吸盘7的圆孔，通过改变张紧器5上的圆环胀体13的外径，实现吸盘7的张紧与松开。

参见图9，真空装置6含有进气接头20、真空发生器21、密封碗22，这三者按气路顺序安装连接起来。

真空装置6的安装方法为：将真空装置6的外六角柱体通过插入张紧器5中间内六角孔，并用备紧螺栓14进行顶紧，实现真空装置6在张紧器5的安装。

制造和安装时,要求三个角度调节模块两两垂直，相互独立，垂直精度越高，角度调节的针对性就越强，调节到位的时间就越短，通过三角自由度调节器的调整，曲面工件法向柔性定位吸附装置可以得出空间任意法向r角。a角、b角、c角三个角度调节模块都有独立的锁紧装置，锁紧或松开互补影响。

使用法向柔性定位吸附装置对复杂曲面工件进行定位吸附的方法，包括以下步骤：

1、通过法兰座1将法向柔性定位吸附装置安装固定在定位器24上。

2、将激光跟踪仪固定在离法向柔性定位吸附装置不远的地面上，要求激光跟踪仪光路开敞，能采集到吸盘7外圆柱面上的点位。

3、用激光跟踪仪对法向柔性定位吸附装置中吸盘7的外圆柱面进行ots实时扫描和运算，并拟合出吸盘7的中心线，与目标法线进行比对，找出需要调节的各个方向的角度。

4、按需松开可调节松紧杆9，通过调整a角调节模块2的a角角度和b角调节模块3的b角角度，将吸盘7的中心线调节到与曲面工件23外形法线一致，然后将可调节松紧杆9备紧，锁紧a角调节模块2和b角调节模块3。

5、松开带凸轮的手柄18，使张紧器5与c角调节模块4和吸盘7处于松开状态，调节c角到位后使张紧器5张紧。

6、真空装置6的进气接头20与外气源接通，启动真空发生器，吸盘7将曲面工件23沿法向精确地吸附定位在工装上。