多功能自动钻铆末端执行器及自动钻铆方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空领域飞机自动化装配的一种设备，特别涉及一种以可移动机床或关节机器人为载体，适用于对飞机翼类或者机身框架类部件的自动化钻孔、锪窝以及铆接的设备，属于航空自动化装配领域。
【背景技术】
[0002]飞机部件的装配主要是通过铆接方式实现，铆接质量直接影响到飞机的性能和安全性，是飞机制造过程中一项非常重要的工艺环节。以往的末端执行器，仅可以完成对工件的制孔和锪窝任务，但铆接任务仍由人工实现，人工铆接效率低下，且劳动强度大，不利于生产效率的提高，亦不能充分发挥自动化制孔锪窝的优势。此外，以往的末端执行器大都以关节机器人为载体。故本发明提出一种具备了抽铆功能的自动化钻铆末端执行器，以关节机器人与可移动机床为载体，可完成对翼类或者机身框架类部件的自动化装配。
【发明内容】
[0003]一种多功能自动钻铆末端执行器，由控制系统控制，以机床或机器人为载体，其特征在于:集成基准孔检测模块、法向找正模块、压力脚模块、制孔锪窝模块、铆钉接收及检测模块、工位转换模块、抽铆模块，各模块均包括控制电路和执行机构两部分，控制电路控制执行机构，控制系统与各模块的控制电路通讯；
[0004]其中:
[0005]基准孔检测模块的执行机构包括2D激光轮廓仪、直线伺服滑台、光栅尺，2D激光轮廓仪安装在直线伺服滑台上随动；
[0006]法向找正模块的执行机构包括压力脚模块两侧对称分布的4个激光位移传感器；
[0007]压力脚模块的执行机构包括安装在导轨上由双气缸驱动的压力脚，气缸通过托板、法兰盘与机床或机器人固定连接；
[0008]制孔锪窝模块的执行机构包括安装在移动平台上的钻铆设备、驱动移动平台的电机、检测刀具进给量并反馈至控制电路的长度计量计，及刀具破损检测传感器；
[0009]铆钉接收及检测模块的执行机构包括接钉模块和检测模块，接钉模块包括安装在移动平台上的夹钉气爪，接钉模块通过送钉管道与送钉系统连接，检测模块包括直径检测传感器、长度检测传感器；
[0010]工位转换模块的执行机构包括托板、安装在托板上的滑台机构、伺服电机、2个导轨制动器，托板预留制孔锪窝模块、抽铆模块接口 ；
[0011]抽铆模块的执行机构包括铆枪、控制铆枪的电磁阀、进给气缸，铆枪通过连接件与进给气缸连接。
[0012]一种多功能自动钻铆末端执行器的自动钻铆方法，其特征在于包括如下步骤:
[0013]I)基准孔检测:基准孔检测模块检测并识别工件基准孔，获取基准孔圆心的坐标，并与预期坐标进行比较，得出位置误差，对待加工孔的位置进行修正，控制机床或机器人定位至待加工孔位；
[0014]2)法向找正:法向找正模块利用4个激光位移传感器，通过法向检测算法拟合出待加工孔所在近似平面的法矢，并对机床或机器人法向姿态偏差进行补偿，使刀具中心线与待加工表面法向重合；
[0015]3)压力脚压紧工件:压力脚模块在钻孔之前压紧工件，压力脚模块具有真空旁路吸肩单元，对制孔工作中产生的粉尘和废肩进行吸除，采用气缸和电磁比例阀调整压紧力，并通过PID控制保持耦合力的恒定；
[0016]4)制孔与锪窝:当工件将要钻透时，调整主轴进给速度，控制钻头轴向力，减小铆钉出口的毛刺，钻通后钻锪一体化刀具继续进给，进行锪窝；在锪窝过程中，长度计量计精确检测主轴进给量并反馈至控制单元；刀具破损检测传感器每次制孔之前对刀具进行确认，确认将要进行制孔工作的刀具是否准备就绪，采用光帘式光电传感器作为刀具破损检测传感器，配合反光板，传感器将检测状态反馈至控制系统；
[0017]5)铆钉的接收与检测:在制孔与锪窝的同时，接钉模块接收送钉管道被压缩气体吹来的抽芯铆钉，并配合检测模块实现对铆钉直径与长度的检测，并最终由接钉模块将铆钉插入铆枪枪头；
[0018]6)工位转换:工位转换模块利用滑台对制孔锪窝工位和铆接工位进行转换，利用导轨制动器对工位转换模块位置锁紧；
[0019]7)对工件的抽铆:抽铆模块通过铆枪将铆钉插入工件孔内，并最终完成对工件的铆接任务。
[0020]进一步，基准孔检测中，通过2D激光轮廓仪获得基准孔弦线两端点的X、Z坐标。直线伺服滑台带动2D激光轮廓仪在Y方向上移动，并通过光栅尺测得移动距离，得到端点的Y坐标值，最终计算得到基准孔实际圆心坐标，再将计算所得坐标值与预期坐标值进行比较，并对所有待加工孔的坐标值进行修正。
[0021]本发明将航空工件装配中的铆接环节，通过高度集成一体化的多功能自动钻铆末端执行器来完成，其包含实现钻孔、锪窝、除肩、铆接全过程的功能模块，过程控制中具有检测、定位、转换等功能模块，各模块执行机构通过控制电路精确控制，由控制系统统一调配各模块的工作工序，配合移动机床或机器人，自动化程度更高，省事省工，工作效率大大提尚O
【附图说明】
[0022]图1为本发明具体实施例整体结构示意图。
[0023]图2为本发明具体实施例各模块构成示意图。
[0024]图3为具体实施例基准孔检测模块结构示意图。
[0025]图4为具体实施例法向找正模块结构示意图。
[0026]图5、6为具体实施例压力脚模块结构示意图。
[0027]图7为具体实施例制孔锪窝模块结构示意图。
[0028]图8为具体实施例铆钉接收与检测模块结构示意图。
[0029]图9为具体实施例工位转换模块结构示意图。
[0030]图10为具体实施例抽铆模块结构示意图。
[0031]图中:1-基准孔检测模块、2-法向找正模块、3-压力脚模块、4-制孔锪窝模块、5-铆钉接收及检测模块、51-接钉模块、52-检测模块、6-工位转换模块、7-抽铆模块、11-2D激光轮廓仪、12-伺服电机、21-激光位移传感器、31-双气缸、32-压力脚、33-真空旁路吸肩单元、41-钻铆设备、42-电机、43-长度计量计、44-一体式滑台、511-夹钉气爪、512-Z向滑台驱动器、513-Y向进给气缸、521-长度检测传感器、61-托板、62-滑台机构、63-导轨制动器、71-铆枪、72-进给气缸、73-十字滑台。
【具体实施方式】
[0032]结合附图对本发明的多功能自动钻铆末端执行器及自动钻铆方法进行详细描述。
[0033]如图1、2所示的多功能自动钻铆末端执行器，由控制系统控制，以机床或机器人为载体，集成基准孔检测模块、法向找正模块、压力脚模块、制孔锪窝模块、铆钉接收及检测模块、工位转换模块、抽铆模块，各模块均包括控制电路和执行机构两部分，控制电路控制执行机构，控制系统与各模块的控制电路通讯；
[0034]其中:基准孔检测模块的执行机构包括2D激光轮廓仪11、直线伺服滑台、光栅尺，直线伺服滑台由伺服电机12驱动，如图3所示，2D激光轮廓仪安装在直线伺服滑台上随动；用于检测并识别产品上的高精度基准孔，获取基准孔圆心的坐标，并与预期坐标进行比较，得出位置误差，从而在NC程序中对待加工孔的位置进行修正。
[0035]基准孔检测的首要任务是获得基准孔圆心的实际坐标值。2D激光轮廓仪对基准的孔的检测可以获得基准孔弦线两端点的x、z坐标。由直线伺服滑台带动轮廓仪在Y方向上移动，并通过光栅尺测得移动距离，从而得到端点的Y坐标值，通过对圆上取样点坐标的测量，可计算得到基准孔实际圆心坐标，再将计算所得坐标值与预期坐标值进行比较，得出实际与理论数模之间的偏差，从而在NC程序中对所有待加工孔的坐标值进行修正，保证制孔的位置精度。
[0036]法向找正模块的执行机构包括压力脚模块两侧对称分布的4个激光位移传感器21，如图4所示，4个激光位移传感器，通过法向检测算法拟合出待加工孔所在近似平面的法矢，并对机器人法向姿态偏差进行补偿。
[0037]通过法向找正，并进行机器人法向补偿后，其法向定位角度误差小于0.5度，平均误差0.317度，满足制孔精度的要求。
[0038]压力脚模块的执行机构包括安装在导轨上由双气缸31驱动的压力脚32，气缸通过托板、法兰盘与机床或机器人固定连接；根据工艺要求，设置压力脚压紧装置，实现在钻孔之前压紧工件，减小工件夹层间隙，提高末端执行器刚度，改善制孔工作条件。为了维护工作环境的整洁，改善机器人的工作环境，末端执行器设计有真空旁路吸肩单元33，对制孔工作中产生的粉尘和废肩进行吸除。压力脚模块结构如图5、6所示。
[0039]压力脚气缸通过托板、法兰盘与机器人固连，压力脚推动整个框架沿导轨进给，通过压力脚压紧工件。压力脚采用独立式进给方式，通过双气缸驱动，以保证运行的平稳性，两端与框架固连，以减小压力角工作时的变形