一种大尺寸复材壁板T型长桁蒙皮自动对接装置及方法与流程

一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置及方法
技术领域
1.本技术涉及航空制造技术领域，特别是一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置及方法。


背景技术：

2.复合材料由于具有高比强度、高比刚度、性能可设计等诸多优点，被广泛的应用于各类军、民用飞机上。国内复合材料机翼壁板多为t型加筋壁板，即由复合材料t型长桁和复合材料蒙皮组成，在复材壁板成型工艺中有一步工序是需要将长桁准确的定位到蒙皮上，具体指将固化成型后的复合材料t型长桁与湿状态复合材料蒙皮进行精确对接涂胶胶结，然后进行二次固化形成复合材料t型加筋壁板。
3.一般金属长桁、壁板蒙皮采用装配型架及定位卡板进行定位，而复材长桁、壁板蒙皮对接时为热压成型前阶段，湿状态复合材料蒙皮是有胶粘性的，人力、机械轻易不能与之接触，普通的定位手段很难保证其精度，特别是当这种大尺寸壁板中间长桁对接位置超出人手达到范围的宽度时就更凸显其问题所在了。目前主要采用的传统对接方式是在蒙皮成型模具上安装多个长桁定位卡板或人工放置的形式，效率低，精度差，尤其是大尺寸复材壁板长桁蒙皮对接时操作人员会穿防护鞋套踩在蒙皮表面，对表面质量会造成很大影响。
4.对于大尺寸复合材料类型的长桁、壁板蒙皮对接，需要实现长桁在放置架上的抓取、长桁的位置姿态调整及与壁板蒙皮精确入位对接等功能，需要一种稳定可靠、自动控制、操作简易、美观实用的自动对接工艺装备来保证产品精度、提高对接效率，因此，有必要研制一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置及方法。


技术实现要素：

5.本技术的目的是提供一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置及方法，该方法可以适用于航空制造过程中飞机复材壁板t型长桁蒙皮自动对接的工艺流程。
6.为达到以上目的，本技术采取如下技术方案予以实现：
7.一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置，包括支撑立柱、y轴轨道梁、龙门横梁、传动机构、导轨、驱动装置、长桁主调姿定位器、多组长桁辅助调姿定位器组成，四根支撑立柱分布于矩形地基的四角，两根y轴轨道梁沿地基的宽度方向支撑于支撑立柱上，每根y轴轨道梁的上表面安装有一组平行布置的导轨；一根龙门横梁沿地基的长度方向横跨于y轴轨道梁上，驱动装置驱动龙门横梁通过传动机构沿y轴轨道梁滑动；长桁主调姿定位器安装在龙门横梁上靠近端头的内侧面上，并垂直于地基；多组长桁辅助调姿定位器均布安装在长桁主调姿定位器后方的龙门横梁内侧面上并与长桁主调姿定位器平行。长桁主调姿定位器包括x轴运动机构、y轴运动柱、z轴升降柱、t型长桁夹持器、激光活动靶标，x轴运动机构在龙门横梁上靠近端头的内侧面，并可沿龙门横梁长度方向滑移；z轴升降柱安装于x轴运动机构上，并可沿垂直于地基方向上下滑移；y轴运动柱安装在z轴升降柱底面，与y轴轨道梁平行并可沿该方向滑移；t型长桁夹持器安装于y轴运动柱端头处；激光活动靶标安
装于y轴运动柱下表面端头处。长桁辅助调姿定位器其结构主要由y轴运动柱、z轴升降柱、t型长桁夹持器组成，z轴升降柱安装于龙门横梁内侧面上，并可沿垂直于地基方向上下滑移；y轴运动柱安装在z轴升降柱底面，与y轴轨道梁平行并可沿该方向滑移；t型长桁夹持器安装于y轴运动柱端头处。
8.使用一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置进行对接的方法，需要一个湿蒙皮成型模具、一个干长桁放置架、激光跟踪仪测量系统、agv运输车，干长桁放置架、湿蒙皮成型模具平行放置地基上，湿蒙皮成型模具包括支承立柱、模具框架、模具模板，支承立柱为长方体柱状结构，模具框架为“井”字箱形结构，其下表面依次均匀安装有多个支承立柱，上表面与蒙皮外形型面一致，模具模板为等厚度曲面板材结构，焊接于模具框架上表面，且其一周开有多个激光靶标孔，大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置沿干长桁放置架与湿蒙皮成型模具的长度方向横跨在干长桁放置架和湿蒙皮成型模具上，具体步骤如下：
9.1agv运输车将带有湿蒙皮的湿蒙皮成型模具运输至支撑立柱和龙门横梁所围成区域内的指定位置；
10.2将带有干长桁的干长桁放置架运送到支撑立柱和龙门横梁所围成区域内的指定位置，干长桁在干长桁放置架上长度方向位置精确定位；
11.3激光跟踪仪测量系统测量湿蒙皮成型模具上的激光靶标孔建立对接坐标系，同时根据激光靶标孔的实测坐标确定出湿蒙皮在对接坐标系下的实测位置，将湿蒙皮的实测位置与对接后产品理论模型进行拟合，确定出待对接的目标干长桁在对接坐标系下的对接位置；
12.4通过测量干长桁放置架上的激光靶标孔确定出待对接干长桁在对接坐标系下的实测位置；
13.5测量长桁主调姿定位器上激光活动靶标位置确定出长桁主调姿定位器上的t型长桁夹持器在对接坐标系下的位置；
14.6驱动龙门横梁沿y轴轨道梁移动至待对接干长桁上方；
15.7依据待对接的干长桁的长度控制抓取该长桁所需要的长桁主调姿定位器与多组长桁辅助调姿定位器，使其下降至与待对接的干长桁高度方向间距不小于200mm；
16.8控制长桁主调姿定位器下降，抓取待对接干长桁端头；
17.9通过测量长桁主调姿定位器上的激光活动靶标确定长桁主调姿定位器上的t型长桁夹持器与待对接干长桁的相对位置，长桁主调姿定位器抓取待对接干长桁的一端使其在放置架上移动，直至待对接干长桁在对接坐标系的x向的位置与其在湿蒙皮上的对接位置一致；
18.10控制所有长桁辅助调姿定位器同时下降，抓取待对接干长桁；
19.11控制抓取长桁的长桁主调姿定位器与多组长桁辅助调姿定位器同步上升；
20.12控制驱动龙门横梁沿y轴轨道梁移动，并调整干长桁在对接坐标系的y向位置与其在湿蒙皮上的对接位置一致；
21.13控制长桁主调姿定位器和长桁辅助调姿定位器在对接坐标系的z向位置使干长桁整体位姿与其在湿蒙皮上的对接位姿完全一致；
22.14控制长桁主调姿定位器和长桁辅助调姿定位器下降使干长桁与湿蒙皮精确对
接；
23.15长桁主调姿定位器和长桁辅助调姿定位器松开干长桁并回缩至初始位置；
24.16重复3－15步直至所有干长桁与湿蒙皮对接完成。
25.本技术的优点在于利用了激光测量、伺服控制与空间运动轨迹规划实现了湿长桁空间位姿的调姿，实现了长桁与壁板蒙皮的精确对接，其结构简单、通用性强、相对成本低、全自动化等特点，对复合材料类的长桁、壁板蒙皮对接甚至普通的金属壁板对接均具有普遍适用性。
26.以下结合附图及实施例对本技术作进一步的详细描述。
附图说明
27.图1一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置对接时的轴侧图
28.图2一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置对接时的俯视图
29.图3一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置对接时的侧视图
30.图中编号说明：1、大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置；2、z轴升降柱；3、x轴运动机构；4、y轴运动柱；5、t型长桁夹持器；6、干长桁放置架；7、湿蒙皮成型模具；8、激光活动靶标；9、激光跟踪仪测量系统；10、地基；11、干长桁；12、湿蒙皮；13、支撑立柱；14、y轴轨道梁；15、龙门横梁；16、齿轮；17、齿条；18、导轨；19、驱动装置；20、长桁主调姿定位器；21、长桁辅助调姿定位器；22、agv运输车。
具体实施方式
31.参见图1～图3，一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置1，包括支撑立柱13、y轴轨道梁14、龙门横梁15、传动机构、导轨18、驱动装置19、长桁主调姿定位器20、多组长桁辅助调姿定位器21组成，四根支撑立柱13分布于矩形地基10的四角，两根y轴轨道梁14沿地基10的宽度方向支撑于支撑立柱13上，每根y轴轨道梁14的上表面安装有一组平行布置的导轨18，导轨18间布置有一根齿条17；一根龙门横梁15沿地基10的长度方向横跨于y轴轨道梁14上，龙门横梁15两端头上安装有齿轮16，驱动装置19驱动龙门横梁15通过齿轮16齿条17沿y轴轨道梁14滑动；长桁主调姿定位器20安装在龙门横梁15上靠近端头的内侧面上，并垂直于地基10；多组长桁辅助调姿定位器21均布安装在长桁主调姿定位器20后方的龙门横梁15内侧面上并与长桁主调姿定位器20平行。长桁主调姿定位器20包括x轴运动机构3、y轴运动柱4、z轴升降柱2、t型长桁夹持器5、激光活动靶标8，x轴运动机构3在龙门横梁15上靠近端头的内侧面，并可沿龙门横梁15长度方向滑移；z轴升降柱2安装于x轴运动机构3上，并可沿垂直于地基10方向上下滑移；y轴运动柱4安装在z轴升降柱2底面，与y轴轨道梁14平行并可沿该方向滑移；t型长桁夹持器5安装于y轴运动柱4端头处；激光活动靶标8安装于y轴运动柱4下表面端头处。长桁辅助调姿定位器21其结构主要由y轴运动柱4、z轴升降柱2、t型长桁夹持器5组成，z轴升降柱2安装于龙门横梁15内侧面上，并可沿垂直于地基10方向上下滑移；y轴运动柱4安装在z轴升降柱2底面，与y轴轨道梁14平行并可沿该方向滑移；t型长桁夹持器5安装于y轴运动柱4端头处。
32.使用一种大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置1进行对接的方法，需要一个湿蒙皮成型模具7、一个干长桁放置架6、激光跟踪仪测量系统9、agv运输车22，干长桁放置
架6、湿蒙皮成型模具7平行放置地基10上，所述的湿蒙皮成型模具7包括支承立柱、模具框架、模具模板，支承立柱为长方体柱状结构，模具框架为“井”字箱形结构，其下表面依次均匀安装有多个支承立柱，上表面与蒙皮外形型面一致，模具模板为等厚度曲面板材结构，焊接于模具框架上表面，且其一周开有多个激光靶标孔，大尺寸复材壁板t型长桁蒙皮自动对接装置1沿干长桁放置架6与湿蒙皮成型模具7的长度方向横跨在干长桁放置架6和湿蒙皮成型模具7上，具体步骤如下：
33.1agv运输车22将带有湿蒙皮12的湿蒙皮成型模具7运输至支撑立柱13和龙门横梁15所围成区域内的指定位置；
34.2将带有干长桁11的干长桁放置架6运送到支撑立柱13和龙门横梁15所围成区域内的指定位置，干长桁11在干长桁放置架6上长度方向位置精确定位；
35.3激光跟踪仪测量系统9测量湿蒙皮成型模具7上的激光靶标孔建立对接坐标系，同时根据激光靶标孔的实测坐标确定出湿蒙皮12在对接坐标系下的实测位置，将湿蒙皮12的实测位置与对接后产品理论模型进行拟合，确定出待对接的目标干长桁11在对接坐标系下的对接位置；
36.4通过测量干长桁放置架6上的激光靶标孔确定出待对接干长桁11在对接坐标系下的实测位置；
37.5测量长桁主调姿定位器20上激光活动靶标8位置确定出长桁主调姿定位器20上的t型长桁夹持器5在对接坐标系下的位置；
38.6驱动龙门横梁15沿y轴轨道梁14移动至待对接干长桁11上方；
39.7依据待对接的干长桁11的长度控制抓取该长桁所需要的长桁主调姿定位器20与多组长桁辅助调姿定位器21，使其下降至与待对接的干长桁11高度方向间距不小于200mm；
40.8控制长桁主调姿定位器20下降，抓取待对接干长桁11端头；
41.9通过测量长桁主调姿定位器20上的激光活动靶标8确定长桁主调姿定位器20上的t型长桁夹持器5与待对接干长桁11的相对位置，长桁主调姿定位器20抓取待对接干长桁11的一端使其在放置架上移动，直至待对接干长桁11在对接坐标系的x向的位置与其在湿蒙皮12上的对接位置一致；
42.10控制所有长桁辅助调姿定位器21同时下降，抓取待对接干长桁11；
43.11控制抓取长桁的长桁主调姿定位器20与多组长桁辅助调姿定位器21同步上升；
44.12控制驱动龙门横梁15沿y轴轨道梁14移动，并调整干长桁11在对接坐标系的y向位置与其在湿蒙皮12上的对接位置一致；
45.13控制长桁主调姿定位器20和长桁辅助调姿定位器21在对接坐标系的z向位置使干长桁11整体位姿与其在湿蒙皮12上的对接位姿完全一致；
46.14控制长桁主调姿定位器20和长桁辅助调姿定位器21下降使干长桁11与湿蒙皮12精确对接；
47.15长桁主调姿定位器20和长桁辅助调姿定位器21松开干长桁11并回缩至初始位置；
48.16重复3－15步直至所有干长桁11与湿蒙皮12对接完成。