[發(fā)明專利]基于激光發(fā)射器的鉆孔法矢對準(zhǔn)方法及對準(zhǔn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510040737.0
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104625162B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳文亮;陶克梅;洪偉松;王謝苗;朱成凱;王珉;李志鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B23B47/00
• 分類號: B23B47/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種曲面鉆孔技術(shù)，尤其是一種飛機蒙皮表面的制孔技術(shù)，具體地說是一種基于激光發(fā)射器的鉆孔法矢對準(zhǔn)方法及對準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在航空工業(yè)中，一架飛機的機體的失效形式主要是疲勞破壞，而疲勞破壞大多數(shù)則是產(chǎn)生在機體結(jié)構(gòu)的鏈接部位上。如今的飛機制造業(yè)，主要的鏈接方式還是鉚接和螺栓鏈接，所以對于連接孔的質(zhì)量要求非常高，對于飛機壽命有著重要的影響。傳統(tǒng)的飛機裝配中的制孔一般采用人工鉆孔為主，但是不同工人的熟練程度和體力不同，對于孔的垂直度把握往往都是根據(jù)經(jīng)驗，容易產(chǎn)生加工缺陷，從而使得制孔的精度無法得到保證與實時監(jiān)測評價方案。

在一架大型飛機上，大約有150～200萬個連接件，連接孔的位置精度，表面質(zhì)量對于孔的加工精度影響較大，其中垂直度是主要因素之一。垂直度直接影響了所鉆孔的直徑，還會對于飛機裝配中的鉚接質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)飛機緊固件沿外載荷作用方向傾斜角度大于2°時，飛機疲勞壽命會降低47％；當(dāng)傾斜角度超過5°時，疲勞壽命會降低95％。

在法向調(diào)整技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)取得一定的發(fā)展。可采用利用4個接觸式位移傳感器來調(diào)整法向。這種方法可以通過測量位移傳感器的法向偏差來調(diào)整刀具進給方向，從而獲得比較理想的法向精度，它可用于手動和自動鉆孔，但是缺點就是在測量時需要壓緊部件，這樣會對加工件產(chǎn)生一定的變形，從而使得法向調(diào)整結(jié)果不精確。或者可以利用3個激光位移傳感器測量鉆孔點周圍3個特征點的坐標(biāo)，通過叉積原理計算出鉆頭中心軸線與鉆孔點法向量的夾角，再利用二元角度調(diào)節(jié)法調(diào)整鉆頭方向，但是這種方法需要保證3個激光位移傳感器的發(fā)射點均勻的分布在鉆頭同心圓的圓周上，并且激光發(fā)射方向需要跟鉆頭的方向相同，且安裝在制孔執(zhí)行器末端，對安裝的精度要求較高，且不適合手動鉆孔技術(shù)。

在手動鉆孔技術(shù)中，傳統(tǒng)的鉆套是目前應(yīng)用比較廣泛的，但是它在制孔時開敞性不夠，不能觀察到制孔質(zhì)量，且對于外蒙皮向內(nèi)側(cè)制孔后內(nèi)部桁條等的余邊量不夠而影響裝配質(zhì)量。此外，重要的在曲率變化大的軍機等蒙皮制孔時，鉆套的應(yīng)用完全無法保證制孔法矢的精度。

激光發(fā)射器目前已應(yīng)用于多種測量組件中，但將其應(yīng)用到制孔法矢的測量與檢驗中是一種突出的應(yīng)用，尤其結(jié)合離線編程技術(shù)，利用A,B角度的變化而精確定位法矢參數(shù)，并對于大型飛機組裝車間可以一次性固定多個，組成一種特有的測量檢驗系統(tǒng)，對于改善人工手動制孔的精度與省去或簡化鉆模等特有工具具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的鉆孔法矢對準(zhǔn)難度大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度低的總問題，發(fā)明一種算法簡單，控制、調(diào)整方便的基于激光發(fā)射器的鉆孔法矢對準(zhǔn)方法及對準(zhǔn)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種基于激光發(fā)射器的鉆孔法矢對準(zhǔn)方法，其特征是它包括以下步驟：

首先，在車間內(nèi)安裝至少兩個激光發(fā)射器，并使各激光發(fā)射器能繞相互垂直的軸旋轉(zhuǎn)；

其次，鉆槍的頂部加工形成一個“十”字線；

第三，根據(jù)所需鉆孔的位置計算出鉆孔時所需的法矢值；

第四，根據(jù)計算所得的法矢值，調(diào)整兩個發(fā)射器的旋轉(zhuǎn)角度，使每個激光發(fā)射器發(fā)射的光線平面經(jīng)過理論“十”字線的一條，兩個激光發(fā)射器發(fā)出的光線在鉆槍頂部形成與法矢垂直的理論“十”字線；

第五，人工或自動調(diào)整鉆槍的角度，使鉆槍頂部的“十”字線與激光發(fā)射器所形成的理論“十”字線重合，即完成鉆頂法矢的對準(zhǔn)；

最后，按調(diào)整后的法矢完成鉆槍頂部工作。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

一種鉆孔法矢對準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征是它包括安裝在車間中的至少兩個激光發(fā)射器6，所述的每個激光發(fā)射器6均安裝在對應(yīng)的第二旋轉(zhuǎn)軸5上，第二旋轉(zhuǎn)軸5安裝在支架3上，第二旋轉(zhuǎn)軸5由安裝在支架3上的第二電機4驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述的支架3安裝在第一旋轉(zhuǎn)軸2上，第一旋轉(zhuǎn)軸2由第一電機1驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；調(diào)整兩個激光發(fā)射器的第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動角度就能使每個激光發(fā)射器發(fā)射的光線平面經(jīng)過理論“十”字線的一條，兩個激光發(fā)射器發(fā)出的光線平面在鉆槍頂部投影相交形成與法矢垂直的理論“十”字線，為鉆槍法矢人工或自動調(diào)整提供參照基準(zhǔn)。

所述的第一電機和第二電機均為伺服電機。

所述的支架3呈U形結(jié)構(gòu)，第一旋轉(zhuǎn)軸安裝在U形結(jié)構(gòu)的底部中心位置處，第二旋轉(zhuǎn)軸穿裝在U形結(jié)構(gòu)的開口端上。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的鉆孔法矢對準(zhǔn)技術(shù)具有全方位，適用于整裝配車間，適于柔性多機型生產(chǎn)線，算法簡單，易于控制實現(xiàn)的優(yōu)點。