一種薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置的製作方法

2024-02-06 05:38:15

本發明涉及飛機工藝裝備技術領域，具體地說，涉及一種薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置。

背景技術：

飛機產品中越來越廣泛的採用低相對密度、高強度的薄壁結構件，這是由於薄壁件具有重量輕、強度高、材料省、受力狀態好、幾何造型流暢、便於加工等優點。然而典型薄壁零件多為大尺寸、弱剛度的曲面類薄壁結構件，因而存在易變形、難定位的問題，從而決定了在定位過程中極易產生變形影響飛機產品最終質量。

傳統的剛性工裝是根據薄壁件的曲面來製造出與之有相同曲面形狀的實體模胎或者定位卡板來對這類零件進行定位和夾緊，但必須針對不同的零件、不同的工藝製造出不同的專用工裝，其不足是互換性差，設計、製造、運輸、存儲以及管理需要耗費龐大的人力物力並且不利於新產品的研製和單件小批量生產，嚴重製約著飛機製造業的發展。

文獻「variationsimulationfordeformablesheetmetalassembliesusingfiniteelementmethods」(1997年liusc，husj發表於journalofmanufacturingscience&engineering)提出「n-2-1」定位原理。近年，基於「n-2-1」定位原理的多點柔性定位工裝得到了廣泛的研究與重視，其主要作用就是在製造過程中保證薄壁件的準確定位並限制其過多的變形，同時能夠適應不同大小、不同外形薄壁件的柔性定位。

目前已有的集真空氣壓、控制、機械為一體的全自動柔性定位工裝，採用伺服電機實現多定位支撐單元之間的距離調整，其結構複雜、設計製造難度大、精度不穩定，同時缺乏定位後的外形檢測裝置。如專利cn103100889b公開了一種多點柔性定位工裝，該定位工裝包括多個直角坐標式柔性支撐模塊和基座，通過伺服電機驅動各支承模塊的x方向、y方向、z方向往復運動，完成薄壁零件的定位。

技術實現要素：

為了避免現有技術存在的不足，本發明提出一種薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置。該實驗裝置可進行曲面薄壁件的準確定位、定位後變形情況的整體測量以及薄壁件定位布局的柔性調節；實驗裝置結構簡單、安裝便捷，成本低，可操作性強。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:包括x向工作檯、y向雙軸心導軌模塊、z向定位伸縮立柱模塊、雷射掃描儀、雷射跟蹤儀，其特徵在於y向雙軸心導軌模塊包括六角螺栓、雙軸心導軌、鎖緊塊、y向滑塊、滑塊限位螺栓；z向定位伸縮立柱模塊包括光軸、滾珠導套、滾珠絲槓、滑塊組件、手輪、定位球頭；所述x向工作檯為上述部件提供支撐，x向工作檯上表面分布有多道軸向t型導槽，用於安裝y向雙軸心導軌模塊；雷射跟蹤儀與雷射掃描儀分別位於x向工作檯的同一側面；所述y向雙軸心導軌模塊為多組，雙軸心導軌通過六角螺栓和鎖緊塊安裝在x向工作檯上的t型導槽內，且沿t型導槽實現x向移動，y向滑塊分布在雙軸心導軌上面，且與雙軸心導軌配合安裝，雙軸心導軌兩端分別有滑塊限位螺栓；所述z向定位伸縮立柱模塊通過轉接板和螺栓與雙軸心導軌上面的y向滑塊固連，y向滑塊沿雙軸心導軌滑動，實現y向移動；滾珠絲槓安裝在轉接板上，滑塊組件與滾珠絲槓配合安裝，滾珠導套固定在轉接板的側面端部，光軸一端有靶標座放置孔和球頭連接外螺紋，靶標座放置孔用於放置雷射跟蹤儀靶標座，球頭連接外螺紋用於連接定位球頭，光軸另一端穿過滾珠導套與滑塊組件固連，手輪安裝在滾珠絲槓一端，通過調節手輪帶動滾珠絲槓轉動，並帶動光軸做往復運動，實現z向移動；雷射跟蹤儀用於輔助調節定位球頭位置，並使若干定位球頭形成一個柔性定位曲面，雷射掃描儀用於掃描定位後薄壁件外形輪廓；其測量方法包括以下步驟:

步驟1.調節y向雙軸心導軌模塊、y向滑塊和定位球頭位置，並打開雷射跟蹤儀，進行預熱；

步驟2.將定位球頭從光軸上卸下，雷射跟蹤儀靶標座插入雷射跟蹤儀靶標放置孔，並將雷射跟蹤儀靶標放置在雷射跟蹤儀靶標座上；

步驟3.用雷射跟蹤儀靶標將雷射跟蹤儀測量點引導至雷射跟蹤儀靶標座處；

步驟4.通過雷射跟蹤儀，調節定位球頭x向、y向和z向位置，並進行微調，將待檢測薄壁件放置在定位球頭位置；

步驟5.重複上述步驟2、步驟3、步驟4，將各定位球頭進行微調，完成定位點布局調節；

步驟6.利用雷射掃描儀對定位後的待檢測薄壁件進行掃描；

步驟7.記錄並分析實驗中採集的數據；利用分析後的數據對定位布局進行評價，完成實驗。

有益效果

本發明提出的一種薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置,通過雷射跟蹤儀精確調整定位球頭的空間位置，實現不同大小、外形的曲面薄壁件的柔性定位，定位後變形情況的整體測量以及薄壁件定位布局的柔性調節；x向工作檯為各部件提供支撐；y向雙軸心導軌模塊位於x向工作檯上的t型導槽內實現x向移動；z向定位伸縮立柱模塊與雙軸心導軌上面的y向滑塊固連，y向滑塊沿雙軸心導軌實現y向移動；z向定位伸縮立柱模塊通過手輪驅動滾珠絲槓，帶動光軸實現z向移動。實驗裝置結構簡單、安裝便捷，可操作性強。

本發明薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置,通過雷射跟蹤儀精確調整定位球頭的空間位置，受裝置部件的加工精度影響較低。採用雷射掃描儀對實驗薄壁件進行外形掃描，能準確的測量薄壁件在定位過程中變形情況，從而得出定位點數目、定位點位置對薄壁件定位變形量的影響；實驗裝置可操作性和普及性較強。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明一種薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置作進一步詳細說明。

圖1為本發明薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置結構示意圖。

圖2a為y向雙軸心導軌模塊示意圖。

圖2b為y向雙軸心導軌模塊中的滑塊限位螺栓安裝部位放大圖。

圖3為z向定位伸縮立柱模塊示意圖。

圖4為光軸與雷射跟蹤儀靶標座、雷射跟蹤儀靶標裝配示意圖。

圖5a為光軸與定位球頭裝配示意圖。

圖5b為定位球頭a-a向剖視圖。

圖6為雙軸心導軌與x向工作檯安裝部位示意圖。

圖中:

1.x向工作檯2.y向雙軸心導軌模塊3.z向定位伸縮立柱模塊4.雷射掃描儀5.雷射跟蹤儀6.t型導槽7.六角螺栓8.雙軸心導軌9.鎖緊塊10.y向滑塊11.光軸12.滾珠導套13.滾珠絲槓14.滑塊組件15.手輪16.靶標座放置孔17.球頭連接外螺紋18.雷射跟蹤儀靶標座19.雷射跟蹤儀靶標20.定位球頭21.滑塊限位螺栓

具體實施方式

本實施例是一種薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置。

參閱圖1～圖6，本實施例薄壁件多點柔性定位與變形測量實驗裝置，由x向工作檯1、y向雙軸心導軌模塊2、z向定位伸縮立柱模塊3、雷射掃描儀4、雷射跟蹤儀5組成，其中,y向雙軸心導軌模塊2包括六角螺栓7、雙軸心導軌8、鎖緊塊9、y向滑塊10、滑塊限位螺栓21；z向定位伸縮立柱模塊包括光軸11、滾珠導套12、滾珠絲槓13、滑塊組件14、手輪15。x向工作檯1為上述部件提供支撐；x向工作檯1上表面分布有多道軸向t型導槽6，用於安裝y向雙軸心導軌模塊2。雷射跟蹤儀5和雷射掃描儀4分別安裝在x向工作檯1的同一側面。y向雙軸心導軌模塊2為多組，雙軸心導軌8通過六角螺栓7和鎖緊塊9安裝在x向工作檯1上的t型導槽6內，且沿t型導槽6實現x向移動。y向滑塊10分布在雙軸心導軌8上面，且與雙軸心導軌8配合安裝。雙軸心導軌8兩端分別有滑塊限位螺栓21。z向定位伸縮立柱模塊3通過轉接板和螺栓與雙軸心導軌8上面的y向滑塊10固定連接，y向滑塊10沿雙軸心導軌8滑動，實現y向移動。滾珠絲槓13安裝在轉接板上,滑塊組件14與滾珠絲槓13配合安裝。光軸11一端加工有靶標座放置孔16和球頭連接外螺紋17，靶標座放置孔16用於放置雷射跟蹤儀靶標座18。球頭連接外螺紋17用於連接定位球頭20。光軸11另一端穿過滾珠導套12與滑塊組件14固定連接。手輪15安裝在滾珠絲槓13一端，通過調節手輪15帶動滾珠絲槓13轉動，並帶動光軸11做往復運動，實現z向移動。雷射跟蹤儀5用於輔助調節定位球頭20位置，並使若干定位球頭20形成一個柔性定位曲面；雷射掃描儀4用於掃描定位後薄壁件外形輪廓。

其測量方法包括以下步驟:

第一步.調節y向雙軸心導軌模塊2、y向滑塊10和定位球頭20位置,並打開雷射跟蹤儀5進行預熱；

第二步.將定位球頭20從光軸11上卸下,將雷射跟蹤儀靶標座18插入雷射跟蹤儀靶標放置孔16；並將雷射跟蹤儀靶標19放置於雷射跟蹤儀靶標座18上；

第三步.用雷射跟蹤儀靶標19將雷射跟蹤儀5測量點引導至雷射跟蹤儀靶標座18處；

第四步.藉助雷射跟蹤儀5，調節定位球頭20x向、y向和z向位置；用雷射跟蹤儀5進行微調，調節各y向雙軸心導軌模塊2、y向滑塊10和定位球頭20，將待檢測薄壁件放置於定位球頭20位置；

第五步.重複上述第二步至第四，將各定位球頭20進行微調，完成定位點布局調節；

第六步.利用雷射掃描儀4對定位後的待檢測薄壁件進行掃描；

第七步.記錄並分析試驗中採集的數據；利用分析後的數據對定位布局進行評價，完成實驗。

本實施例中,x向工作檯1為長方體，採用鑄鐵材料。工作檯上部表面為精加工平面，加工有多道軸向t型導槽6用於安裝y向雙軸心導軌模塊2。t型導槽6用於固定y向雙軸心導軌模塊2，並使y向雙軸心導軌模塊2沿t型導槽6移動，控制位於光軸11上的定位球頭10的x向移動，從而調節薄壁件的定位點x向位置。雷射掃描儀4採用handyscan700雷射掃描儀；雷射跟蹤儀5採用api-t3雷射跟蹤儀。

y向滑塊10沿雙軸心導軌8滑動，並由滑塊限位螺栓21限制於雙軸心導軌8上不至滑出，用於控制位於光軸11上的定位球頭20的y向移動，從而調節薄壁件的定位點y向位置。

雷射跟蹤儀靶標座18用來放置雷射跟蹤儀靶標19，通過雷射跟蹤儀5跟蹤雷射跟蹤儀靶標19來定位各定位球頭20位置。此時，z向定位伸縮立柱模塊3通過調節手輪15，帶動滾珠絲槓13轉動，進而帶動定位球頭20沿z向做往復運動，從而調節薄壁件的定位點z向位置。

t型導槽6、雙軸心導軌8和z向定位伸縮立柱模塊3分別可調節定位球頭20的x向、y向和z向位置。若干個定位球頭20共同形成一個柔性定位曲面，從而對薄壁件進行柔性定位。完成薄壁件的定位後，用雷射掃描儀4對薄壁件進行掃描，進而對定位布局進行評價。

薄壁件的掃描與定位布局評價步驟:

(1)將薄壁件放置於調節好的定位球頭20上；

(2)將雷射掃描儀反光點貼到薄壁件表面，打開電腦，打開數據採集軟體，數據採集軟體可採用與handyscan700雷射掃描儀對應的vxelements：creaform軟體平臺，也可採用其它雷射掃描儀並採用對應的數據採集軟體；打開雷射掃描儀；

(3)打開數據採集軟體的掃描軟體模塊，用雷射掃描儀掃描薄壁件；

(4)將掃描的數據用cad軟體模塊處理，生成其兼容cad軟體的文件格式；

(5)將生成的數模與理論數模進行對比，分析此定位布局下定位誤差，評價此定位布局。