[发明专利]一种高精度钻孔送钉装置

说明书

本发明公开了一种高精度钻孔送钉装置。它包括照相测量组件、压紧组件、6D位姿反馈组件、辅助测量组件、钻孔组件和送钉组件及控制系统；本发明装置集成度高，包含测量、检测、压紧、钻孔、送钉等多个功能组件，可自动实现钻铆过程中定位、法向测量、位姿检测、姿态调整、钻孔、送钉等一系列功能，自动化程度高；本装置采用iGPS定位原理，通过6D位姿检测组件，实时检测执行器的位置与姿态，可实现更加精确的定位。

技术领域

本发明属于钻孔技术领域，具体涉及一种高精度钻孔送钉装置。

背景技术

国外对于自动钻孔、送钉装置的研究及应用较早，多家航空制造企业在飞机壁板装配过程中采用多功能末端执行器完成壁板钻孔、铆接等工作，国外研制的多功能末端执行器集成了定位、找正、钻孔、送钉、涂胶、铆接、检测等功能，多功能末端执行器安装在机器人或多坐标工作平台上，进行飞机壁板的钻孔、铆接等工作，提高钻孔的位置精度、孔径精度和锪窝深度精度，获得较好的钻孔、锪窝及铆接质量，设备稳定性高，并且国外设备能够满足大曲率壁板的钻孔及铆接的需求，取得较好的钻孔及铆接效果。但国外设备价格昂贵，大多数先进的设备国外对国内进行封锁。

国内在壁板与肋、长桁等零部件装配时，钻孔、锪窝、送钉、铆接等操作大多采用手工方式，目测制孔位置的法向或借助于钻模板控制孔的法向，效果不理想；手动制孔、锪窝、铆接时，无法施加稳定、可靠的压紧力，切屑容易在壁板和骨架之间夹杂，还需要将壁板和骨架分离，以便清理切屑，重新贴合时，容易产生定位误差；因变形导致产品与设备之间的位置不准确，实际锪窝深度可能与所需锪窝深度不符，无法保证铆钉达到准确的位置。上述各种因素严重地影响了制孔、锪窝、铆接质量。

国内对于多功能钻孔装置及相关的附属装置的研究处于起步阶段，目前国内航空制造企业在飞机壁板装配过程中，主要采用固定工装型架、手工装配的方法，部分采用自动化装配设备的航空制造企业主要以国外设备为主。一些航空制造企业、高等院校已开始研发多功能末端执行器，但是功能单一、集成度低，且体积庞大、结构臃肿、质量大、惯性大。安装在机器人或多坐标平台，稳定性差，定位精度低、易出现颤振，很难获得较高的钻孔、锪窝、铆接质量；末端执行器位姿属于开环或半闭环控制，定位精度低；弱刚性壁板受压引起的壁板制孔区域法向变化不能准确测量，难以满足新一代飞机大曲率壁板的法向定位需求。本发明涉及的多功能末端执行器具有位姿反馈、接触式法向检测等特点。基于iGPS定位原理的6D实时位置与姿态检测，实现末端执行器位姿的闭环控制，提高末端执行器位置准确度和姿态准确度，同时，在多末端执行器协作完成自动钻铆等工作时，能够实时反馈工作头之间的相对位置，提高多末端执行器协同作业时的定位精度；基于分布式压紧力测量的接触式法向检测，可满足大曲率壁板的法向精确检测需求，同时能够适应弱刚性壁板受压变形引起的壁板制孔区域法向变化，提高法向检测精度，从而提高制孔及铆接质量。

发明内容

针对上述问题，为解决新一代飞机的高隐身性能对飞机壁板连接质量和气动外形提出的更高要求，尤其是大曲率飞机壁板装配过程中高精度自动制孔及铆接的需求，本发明提供了一种高精度钻孔送钉装置装置，用于实现法向检测、视觉引导定位、壁板压紧、制孔、锪窝、送钉等工作。

为达到以上技术目的，本发明的技术方案具体为：

一种高精度钻孔送钉装置，包括照相测量组件、压紧组件、6D位姿反馈组件、辅助测量组件、钻孔组件和送钉组件及控制系统；其中

所述照相测量组件通过测量基准孔的位置确定需要钻孔的位置；

所述压紧组件可以实现飞机壁板与肋、长桁的压紧功能；测量壁板制孔位置的法向；测量压紧组件对壁板的压紧力，并根据压紧力的分布情况，计算压紧后壁板的法向；

所述6D位姿反馈组件包括靶球，通过测量靶球的位置实现执行器位姿的实时监控；

所述辅助测量组件包括靶标座，其配合外部测量设备实现执行器的位姿标定；

所述钻孔组件用于实现钻孔；