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机械网--民用飞机大部件数字化对接关键技术

发布时间:2021-11-18 16:46:39 阅读: 来源:零钱包厂家

传统的飞机大部件对接主要靠工装和工艺补偿来保证大部件之间的调和,在对接部件留余量,采取吊车与牵引配合进行对接,最落后行精加工[1]。这类对接方法精度低、可靠性差,极易出现超差问题,容易造成没法逆转的飞机水平丈量参数。飞机大部件数字化自动对接系统用于实现大部件空中姿态位置的实时控制、调解,并完成调姿后的驱动与对接[2⑷],主要由自动定位器、丈量系统、控制系统和调姿集成软件系统组成。在自动对接进程中,首先通过丈量系统,进行大部件位置的准确丈量,进行装配轨迹计划后将数据传递给定位器,通过伺服电机带动自动定位器进行X、Y、Z 3个方向的自由移动和绕X、Y、Z 3个方向的旋转,从而实现飞机大部件的精肯定位,完成对接。本文结合ARJ21介绍飞机大部件数字化自动对接装配系统。数字化大尺度丈量场构建要解决大部件间的准确对接,首先要解决的是获得大部件间准确的相对位置关系,即部件空间位置的准确丈量。与其他丈量要求不同,飞机大部件空间位置丈量具有对象尺寸大、丈量精度要求高和丈量难度大等特点。

目前,国内飞机部件对接进程中丈量定位仍然主要依赖于传统光学丈量仪器,如水准仪、光学经纬仪等国家不参与土地征收吗。随着数字化技术的发展,先进的用于大空间范围丈量的数字化丈量设备相继出现,如激光跟踪仪、局域GPS、激光雷达等,较之传统的丈量方法,在丈量精度和易用性等方面,数字化丈量设备可以更好地满足飞机装配进程中的丈量要求。激光跟踪仪的基本丈量原理是激光跟踪目标反射器通过本身的测角系统(水平测角、垂直测角),及激光绝对测距系统来肯定空间点目标反射器空间位置的坐标,再通过仪器本身的校准参数和蔼象补偿参数对丈量进程中产生的误差进行补偿,从而得到空间点的坐标。局域GPS是1种超越传统丈量的大尺寸空间丈量技术,使用红外脉冲激光发射器,接收器根据激光发射器投射来的激光时间特点参数,计算接收器所在点的角度和位置,并将模拟信号转换成数字脉冲信号,通过无线网络发送给中央控制室的服务器,最后通过局域GPS系统的丈量软件处理数据获得高精度的信息,并供远真个多用户共享。它的丈量区域其实不会遭到已安装的激光发射器数量限制,只需增加激光发射器便可扩大丈量范围[5]。激光雷达是1种球坐标系的丈量系统,它产生1束聚焦的红外激光投向被测目标,此时在被测目标上产生大量的发射光束,将入射激光返回雷达所经历的时间与复制的入射激光通过内置的已知长度光纤所用时间进行比对,得出被测目标与激光雷达的距离[6]。被测目标的方位角和仰角分别由反射镜和旋转头取得,最后将获得的球坐标转换成直角坐标。激光跟踪仪、局域GPS、激光雷达都可以用于丈量场的建立,具体的选用方案会考虑方便性、丈量批量、费用和保护等方面。丈量场的建立由飞机的尺寸大小、丈量点的位置、丈量精度要求和是否是需要转站等方面决定。基于激光跟踪丈量仪的数字化丈量场布站方案。徕卡激光跟踪仪的丈量精度以下:Uxyz(IFM)=10μm/m(干涉仪精度),Uxyz(ADM)=10μm/m(绝对测距精度)。根据对接装配对3维坐标丈量精度的要求和上述公式,可以肯定激光跟踪仪与各个丈量点的距离,从而肯定丈量场布站情势:ARJ21翼身对接的全部进程中4台激光跟踪仪的布站情势(也能够采取1激光跟踪仪通过转站方式来实现)。将4台激光跟踪仪布置到A、B、C、D 4个站位,以A站位激光跟踪仪的设备坐标系为丈量坐标系,分别将B、C、D站位上设备坐标系与丈量坐标系拟合,完成坐标系的统1。定位器设计和工艺接头设计自动定位器是机身柔性定位系统的末端实行单元,其基本作用支持并固定机身部件,使其能够进行安稳空间移动和转动。自动定位系统需要有较高的定位精度和驱动性能的要求。不同的机身对接部件,常常有着不同的结构情势和组合方式要求。自动定位器主要有托举方式支持部件的千斤顶式自动定位器和侧支方式支持部件的塔式自动定位器2种。能够支持装配件在水平XY方向直线安稳移动,和垂直Z向俯仰及转动。各定位器其实就是1种3轴联动机床,合并在1起为多自由冗余驱动的并联机床系统。另外还有双支持托板式柔性定位机构和3或4个定位器组成的托架式柔性定位机构。工艺接头是定位器和飞机支持点中间连接零件。同时工艺接头是定位器与飞机部件位姿关系的中间环节,要获得定位器相对机翼的准确位姿就需对工艺接头的位姿进行求解,并将其附加到定位器位姿关系阵中暴力强拆可以反击吗。工艺接头位姿求解方法:在机翼定位器工艺接头上布置3个丈量点,利用丈量点坐标值求解各工艺接头的位姿。 飞机大部件对接装配轨迹计划对接装配轨迹计划是保证部件空间位姿调解和部件间准确对接的关键要素。根据构件的特点和对接装配工艺,1般有3类基本算法。(1)3⑵⑴调姿算法。飞机大部件调姿常采取3定位器的基本并联系统,主要是由于部件调姿对接是1个安稳进程,系统加速度相对较小,定位器所需承受的载荷较安稳,使用3定位器能基本满足刚体调姿要求。3定位器自由度常采取3⑵⑴的安排,定位器1为3个驱动平移自由度、定位器2为2个驱动平移自由度、定位器3为1个驱动平移自由度,系统总自由度为6自由度,从而能确保部件以全自由度无冗余的方式进行空间位姿调解。图2 调姿算法自由控制示意图

3定位器调姿顺序为3⑵⑴,即:调姿进程中定位器1首先动作,当运动到指定位置时,3自由度锁死,接着定位器2动作,运动至指定位置,2自由度锁死,最后定位器1动作,运动至指定位置后即可实现刚体部件的姿态调解。 3⑵⑴算法具有算法简单、求解速度快、运动学逆解简单的优点。但该算法为坐标点间直线映照式算法,因此路径计划简单,对配合类调姿或相对量调姿均存在1定的不足。因此该算法主要用于平板类零件的简单无障碍姿态调解,如飞机机翼调姿。针对相对量调姿和配合类调姿,延伸出3⑵-R和3-V-P调姿算法。(2)3⑵-R调姿算法。该算法原理与3⑵⑴调姿算法基本1致,所不同的是3⑵-R调姿算法只需要通过刚体控制点的相对位置计算,调解3点平面空间角度,即可获得符合要求的刚体水平及航向姿态。因此,全部调姿进程更直观,适合于机身椎体和筒形段等刚体水平类姿态调解。

(3)3-V-P调姿算法。3-V-P调姿算法主要针对各种安装角度相当重要的刚体姿态调解,刚体姿态调解不再是基于3点顺序动作,而是根据刚体与目标姿态的角度(夹角V和夹角P),联动定位器的空间动作,到达姿态调解的目的,因此其空间路径运动方式更加公道和直观,更适合于有装配配合要求的尾翼等刚体姿态调解。

具体调姿算法进程以下:(a)具有3平移自由度的定位器首先动作,当运动到指定位置时,定位器3自由度锁死;(b)2平移自由度和1平移自由度的定位器联动动作,调解面间法向夹角V;(c)2平移自由度和1平移自由度的定位器联动动作,调解平面内夹角P。满足条件后,锁死所有定位器自由度。飞机翼身自动对接系统翼身对接的基本工艺方案为:吊装中央翼,并将其放置在定位器上;丈量中央翼的基准点,调姿摆正;吊装机翼,并将其放置在定位器上,并固定好交接点;丈量机翼基准点,自动操作定位器,进行姿态调解,使之摆正;作平移操作,沿1个方向平行移动机翼,使之与翼盒对接面的位置误差为零,实现机翼与中央翼盒对接,最落后行坐标锁定,左右机翼操作相同;进行中央翼与机翼对接面制孔。根据翼身对接的工艺方案开发了是飞机翼身对接集成系统,系统包括前处理、机身调姿、翼身对合和数据处理等模块。下面以机翼调姿为例说明调姿进程:(1)用激光跟踪仪分别丈量机翼上各对接基准点和工艺接头丈量点的坐标值;(2)根据机翼对接基准点的坐标值,进行机翼初始位姿标定;(3)根据丈量点的坐标值,进行工艺接头初始位姿标定;(4)机翼姿态调解;(5)机翼位置调解。结束语飞机大部件对接装配的数字化和自动化可以有效降落部件对接误差,提高飞机大部件对接装配精度和效率,是飞机大部件装配的发展趋势。今后其发展重点是需要展开面向飞机装配的设计技术的研究,主要在设计对接情势时要充分考虑自动对接装配的要求,特别是丈量点的布置;其次是要实现大部件自动对接系统的装备化、标准化、模块化和系列化设计,以便推行利用。参考文献[1]范玉青.现代飞机制造技术.北京:北京航空航天大学出版社,2001:33⑶6.[2]Williams G,Chalupa E,Rahhal S.Automated positioning and alignment systems.Society of Automotive Engineers,2000.[3]邹方,张书生.飞机总装自动化校准对接系统.航空制造技术,2008(7):34⑶6.[4]许国康.大型飞机自动化装配技术.航空学报,2008(3):737⑺38.[5]Arc Second Inc.Indoor GPS technology for Metrology.2002.[6]李清泉,李必军,陈静.激光雷达丈量技术及其利用研究.武汉测绘科技大学学报,2000,25(5):387⑶92.(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章