飞机装配大部件自动调姿控制系统的设计

基于飞机数字化装配技术设计了一套飞机大部件自动调姿系统,介绍了控制系统的结构,包括系统构成、硬件设计和软件设计。整个控制系统采用Twin CAT 3作为中央控制核心,通过Profinet总线技术与下位机Rexroth的Indra Control L65实现实时通信。利用激光跟踪仪还原飞机装配坐标系,建立数字化测量系统,以力传感器反馈数据为调姿过程参数,调用调姿算法控制数控定位器的调姿和自动托架的辅助支撑。     

复合材料翼盒装配工装研究与设计

以飞机复合材料翼盒为例,进行工装总体方案设计,重点研究了翼盒各零构件的装配定位方案。在总体方案的基础上完成工装结构设计,包括基于盒式连接的骨架设计和定位件设计。介绍了壁板位姿调整的基本原理,使用Geomagic Qualify和CATIA软件相关功能求取壁板最佳装配位姿,并设计了一种六自由度可调节的壁板边限位器与外形检测卡板配合,实现了在一定制造偏差范围内调整壁板位姿以满足设计要求的目标。     

一种大型天线阵面自动调姿设备的设计及测量

为了让大尺寸相控阵雷达天线阵面在装配过程中可以实时变换姿态,以达到高效装配的目的,文中设计了一种自动调姿设备,在天线阵面的长度方向与其两端进行连接,通过自动调姿设备旋转轴的转动实现天线阵面的姿态变换。为了满足调姿设备两端旋转轴线的高精度同轴度要求,建立测量基准,采用柔性三坐标仪器标校测量基准与旋转轴线的位置关系,采用激光跟踪仪测量基准的方法,高效指导了自动调姿设备的安装调整,有效保证了两端旋转轴线同轴度的高精度要求。     

面向筒类舱段自动装配的两点定位调姿方法

为解决航天器数字化对接装配中的调姿问题,提出了两点定位调姿法：通过改变对接舱段上2个关键点的位置来实现舱段空间位姿的调整,采用五次多项式轨迹对舱段进行调姿轨迹规划并约束舱段的运动参数,确定舱段合理的调姿时间,保证舱段平稳快速地完成对接任务。该方法简化了调姿算法,采用串联机构即可满足调姿算法要求,避免了多轴协调控制,降低了控制难度。利用ADAMS对所提出的方法进行仿真验证,通过两点定位调姿法调整对接舱段可使其到达目标位姿,位移、速度、加速度轨迹光滑连续,同时满足各边界约束条件,调整后舱段姿态与目标坐标值最大偏差为-0.08 mm,调整过程中最大加速度为10 mm/s2。仿真结果表明,两点定位调姿法可满足筒类舱段数字化装配调姿的精确性、稳定性和高效性要求,有助于实现筒类舱段调姿过程的自动控制。     

大尺度产品数字化智能对接关键技术研究

针对大尺度产品对接过程精确位姿调整困难的问题,以测量辅助装配相关研究内容为基础,提出了一种大尺度产品数字化智能对接技术应用综合框架,并从基础环境、使能技术和组织模式三个层面对该框架进行了分析。给出了三种大尺度产品数字化智能对接应用模式,并对其特性进行对比分析。分析了基准传递与精度协调、位姿感知与评定、调姿路径规划、多源数据融合与集成控制等关键技术。设计开发了基于全局坐标的位姿引导柔性装配和六维力引导柔顺对接的组合试验装置,并以舱段对接为例,验证了应用综合框架与关键技术的可行性与有效性。     

集多余物检查与质心测量于一体的火箭级段柔性总对接数字化装配设备方案设计研究

运载火箭作为卫星及其他航天飞行器的主要运载工具,其制造和装配水平反映了一个国家的航天技术实力。因此以运载火箭总装需求为前提,开展基于i GPS测量系统的运载火箭总对接装配系统的研究工作,并针对系统的调姿设备提出多种设计方案,并对各种方案在完成详细设计的基础上进行性能论证和分析工作,从而确定三自由度球铰定位器调姿设备作为运载火箭总对接装配设备方案。该方案将调姿系统、质心测量和多余物检查集成于一体,通过一次吊装即可实现运载火箭整体的调姿和对接装配、多余物检查以及质心测量等火箭总组装需求。     

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学标定

为解决一种3-PPPS并联机翼调姿机构因制造、装配过程中存在的误差因素所引起的调姿精度不高的问题,考虑了调姿系统结构误差因素对调姿机构位姿精度的影响。采用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分机构运动学方程,得到包含39项误差源的调姿机构位姿误差与几何误差之间的映射方程。利用激光跟踪仪测量调姿机构测量机翼参考点位置和定位器各轴的实际驱动量。通过最小二乘迭代法辨识出定位器结构误差,修正定位器反向驱动位移求解参数。经过运动学标定实验后,调姿平台的位置最大误差由2.68 mm降为0.82mm,角度最大误差由0.481°降为0.167°,从而验证了标定方法的有效性。     

飞机大部段数字化调姿对接系统设计

为提高飞机大部段装配质量和效率,设计一套飞机大部段数字化调姿对接系统。系统以SIMOTION D435为核心控制器,配有应力监测系统和空间测量系统。通过实验验证了这套系统具有较高的运动精度和定位精度,满足使用要求。     

大型构件自动化柔性对接装配技术综述

大型构件对接装配是航空航天大型飞行器总装中的重要环节，随着具有快速响应需求的航天任务越来越多(如发射应急卫星和商业通信卫星等)，亟需提升运载火箭等大型飞行器的快速组装和发射能力。这对大型飞行器舱段对接装配的效率和可靠性提出了更高要求。因此，对接装配模式从原来的人工模式，正逐渐向自动化、数字化、智能化方向发展。针对大型构件自动化柔性对接装配中所涉及的三大关键技术进行综述，详细总结大型构件对接装配调姿定位机构、数字化测量技术、规划与控制技术的原理、特点与应用，并探讨了大型构件自动化柔性对接装配技术的未来研究方向。     

复材超级壁板数字化测量技术研究

数字化测量既是实现数字化装配的前提,也是实现现代飞机制造全数字量传递的重要保证。以某民机复材机身壁板为对象,研究了其数字化测量方法,通过对装配完成后壁板组件外形及各个结构特征要素进行测量,对产品装配质量进行了量化,对后续提高产品装配质量提供数据基础。     

基于视觉引导的航空发动机低压涡轮轴自动化装配系统研究

针对航空发动机低压涡轮轴传统手工装配存在的劳动强度大、装配效率低下、人工拧紧预紧力偏差大等问题,设计并研制了一套航空发动机低压涡轮轴自动化装配系统.实现了涡轮轴装配的轴孔自动调姿对接、安装止口自动加热测温、螺母自动拧紧等自动化装配工艺流程,并开发了相应的软件控制系统.针对狭小空间内轴孔装配位姿难以测量的难题,利用双目结...     

飞机部件自动对接的位姿标定计算及软件系统设计

飞机部件对接作为飞机总装过程重要步骤之一,是指将两个或多个相邻组件连接形成大型结构件的过程。国内飞机部件对接装配除了采用传统手动调整的方法外,逐渐引入了先进测量、定位调姿设备,但仍然存在对接自动化程度不高等问题。针对这一问题,提出了一种飞机部件自动对接的位姿标定计算方案,并基于Qt和OSG API设计开发了飞机部件对接软件系统,为实现自动化对接提供了方案及软件支持。     

复合材料尾翼盒段装配技术研究

为满足飞机高性能、长寿命、低成本的要求,国内各型号飞机研制中已经逐步开始使用或提高复合材料使用量,并逐步从小组件应用于翼盒等大部件中.然而,各主机厂对复合材料结构装配经验缺乏,难以满足产品高质量的装配需求.本文以某型机复合材料垂尾盒段为对象,提出复合材料零件定位原则及部件装配方案,设计数字化复合材料垂尾盒段装配型架.结合垂尾盒段结构特点,开展工艺参数试验,形成了一套基于T300级复合材料异质叠层的成体系的制孔工艺参数选择方案,实现了弱骨架复合材料部件的装配.     

数字化测量技术在产品装配过程中的应用

结合数字化测量系统在某产品型架安装、部件总装及舱门装配过程中的应用情况,介绍数字化测量系统的应用优势,特别是其精准的测量、分析能力,以及快速获取被测对象形状尺寸和空间位姿信息的能力.     

基于数字化测量技术的装配阶差间隙预测方法

提出了基于数字化测量技术的装配阶差间隙预测方法,并以舱门-门框装配为例进行了详细阐述.首先介绍了摄影扫描组合测量方法的原理及测量流程;接着以飞机舱门装配为例,从约束关系建立、位姿调整和阶差间隙求解3个方面详细阐述了数据分析步骤;最后以某型飞机舱门试验件为验证对象,对装配阶差间隙值进行了预测分析,并将预测值与装配后的实测...     

离线编程环境下的典型自动制孔工艺设计优化

本文以机翼盒数字化装配自动制孔过程为研究对象,开展离线编程环境下的基准孔测量及制孔加工路径优化研究。通过对基准孔照相测量方式的优化设计,解决了基准孔孔位重复测量问题,避免了由多次测量导致的重复测量误差,保证了加工孔的修正质量;通过对制孔加工路径规划,避免了制孔过程中的多次无效往返,提升了制孔加工效率。     

外翼翼盒对接面装配协调的容差分析及工艺优化

随着飞机结构和工艺的发展,飞机制造的协调准确度要求越来越严格,因此利用数字化手段进行容差分析,实现工艺优化己成为必然趋势。通过对飞机部件装配的误差累计分析与容差优化理论进行研究,提出了基于软件仿真分析解决实际制造中尺寸工程问题的方法,并利用基准统一原则,对某机型外翼翼盒对接面的装配协调要求进行优化分析。结果表明,该理论与技术方法的应用改善了翼盒对接面的工程及工艺方案,提高了装配协调准确度分析的效率,具有一定的工程应用价值。     

基于SIMOTION D455的大部件调姿对合系统研制

为了提高大部件装配的生产质量和效率,缩短制造周期,设计、制造了一套大部件调姿对合系统。在该项目中,设计制造了用于调姿、对合的数控定位器,开发了一套用于调姿和轨迹规划的算法,编写了一套以工艺集成软件为核心的软件系统,大部件调姿对合系统采用西门子SIMOTION D455运动控制器作为执行单元。应用证明,该系统具有良好的操作性和可靠性,极大地提高了大部件装配的装配质量,降低了人员劳动强度,提高了劳动生产率。     

基于TwinCAT的舱段数字化柔性自动对接平台控制系统设计

针对国内航天器舱段对接主要采用"手工装配"模式难以满足日益增长的产量需求的现状,提出了一种新型航天器舱段对接模式,基于Twin CAT研究设计了舱段数字化柔性自动对接平台的控制系统,控制系统关联融合了多自由度调姿、数字化测量、柔性装配等先进技术。介绍了平台机构与测量系统,解析了控制系统架构,设计了对接控制流程,应用Twin CAT的电子凸轮等运动控制模块、ST语言和顺序功能图等实现了对舱段对接过程的编程并且通过EtherCAT总线实时控制电动机和平台,基于力控组态软件设计上位机界面。最后通过实验验证了控制系统的可行性,减少了人工劳动力,有效提高了航天器舱段对接的效率,足以满足未来航天器型号任务的需求。     

大尺寸弱刚性构件对接装配系统轨迹规划

通过对大型弱刚性构件位姿调整系统的运动学和动力学分析,建立了大尺寸弱刚性体在笛卡尔坐标空间与装配系统驱动关节空间之间的位移、速度和加速度映射关系,以及关节驱动力与调姿装配系统惯性力之间的映射关系.为降低弱刚性体在调姿过程中的变形量,提高调姿精度,采用多点支撑装配系统.将定位器驱动轴分为非冗余驱动和冗余驱动两组,对非冗余驱动轴进行基于S型速度曲线的轨迹规划,并通过运动学正反解映射模型对非冗余驱动轴进行同步规划,数值仿真结果表明该方法安全高效.