一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统技术方案

本发明专利技术公开了一套大型柔性弱刚性零件气动柔性装配系统，属于柔性装配领域。该系统以气动柔性装配阵列为主体，并设有定位装置、视觉测量装置和装配控制系统。气动柔性装配阵列可实现对大型弱刚性零件的支撑以及轮廓形貌的调整，使其轮廓形貌满足装配要求。夹紧装置可实现对大型柔性弱刚性零件的夹紧，为调整轮廓形貌提供基准。视觉测量装置可通过工业摄像机对气动元件的形貌进行测量，获取大型弱刚性零件的局部轮廓特征。装配控制系统可接收位置传感器以及工业摄相机获取的位置信息，对数字信号量处理，并可控制各气动柔性装配单元的气动元件。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一套大型柔性弱刚性零件气动柔性装配系统，属于柔性装配领域。该系统以气动柔性装配阵列为主体，并设有定位装置、视觉测量装置和装配控制系统。气动柔性装配阵列可实现对大型弱刚性零件的支撑以及轮廓形貌的调整，使其轮廓形貌满足装配要求。夹紧装置可实现对大型柔性弱刚性零件的夹紧，为调整轮廓形貌提供基准。视觉测量装置可通过工业摄像机对气动元件的形貌进行测量，获取大型弱刚性零件的局部轮廓特征。装配控制系统可接收位置传感器以及工业摄相机获取的位置信息，对数字信号量处理，并可控制各气动柔性装配单元的气动元件。【专利说明】 一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统
本专利技术属于柔性装配领域，涉及一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统，该套系统可实现多种类大型弱刚性薄壁零件的定位夹紧、位姿测量及位姿调整。
技术介绍
随着航空运输领域对飞机运输能力的要求的不断提高，大型飞机在航空运输中的应用越来越广泛，大型飞机制造过程中的加工与装配技术不断取得新的突破。 为了在不降低飞机可靠性的前提下提升大型飞机的巡航速度和航载能力，新型低密度弱刚性材料如碳纤维复合材料等逐步被应用于加工飞机机翼蒙皮等零件。目前，针对弱刚性碳纤维复合材料的零件，国内飞机制造业仍采用手工装配、半机械化和机械化装配相结合的传统装配方式，应用大量的专用定位型架和夹紧机构，加工装配成本高昂且无法有效对零件进行位姿调整。 针对低密度弱刚性的碳纤维复合材料飞机零件，在装配过程中，需要对其进行精确的定位和有效的夹紧，并能够对零件的位姿进行调整，以便于铆钉孔的加工和装配的进行。其中，针对零件的定位，传统的方法大多采用定位元件如销、V型块等进行定位；针对零件的夹紧，一般采用螺栓螺母配合等方式；针对零件位姿的调整，对于飞机零件多采用液压缸驱动，需要配备液压基站、专用油路等辅助设施，且工作环境较差，容易对零件造成污损。根据碳纤维复合材料低密度、弱刚性、不导磁等特点以及飞机零件装配过程中不可污损零件表面等要求，结合自动化柔性装配的理念，需设计一种可对飞机弱刚性薄壁零件精确定位、可靠夹紧和可调位姿的自动化装配系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统，其目的是对航空航天等领域中使用的大型弱刚性薄壁零件进行定位、夹紧并测量其轮廓形貌，之后对其局部轮廓形貌进行调整从而实现弱刚性薄壁零件的装配。 本专利技术采用的技术方案是: 一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统，包括气动调姿阵列C、定位装置B、视觉测量装置A和装配控制系统E ； 所述的气动调姿阵列C由至少25个调姿单元5组成。所述调姿单元5按照矩形等距排列，动力元件选用轻载气缸，轻载气缸的缸体11竖直固定在装配机座D上的T形槽中，所述的装配机座D设有多条相互平行且等间距的T形槽，轻载气缸杆10可沿竖直方向运动，轻载气缸杆10顶部依次安装有小型行程开关9和小型真空吸盘8 ；小型行程开关9通过信号线与装配控制系统E的工控机连接，当小型真空吸盘8与弱刚性薄壁零件接触时，小型行程开关9向装配控制系统E发出信号，装配控制系统E控制气缸锁紧，轻载气缸杆10停止伸出；小型真空吸盘8通过气管与真空泵相连，气缸锁紧后真空泵抽真空，小型真空吸盘8可吸附在弱刚性薄壁零件上，实现弱刚性薄壁零件的夹紧； 所述定位装置B包括四个承载单元4，四个承载单元4布置在气动调姿阵列C外围，即气动调姿阵列C所形成矩形的四个顶点处。所述承载单元4的动力元件，选用承载能力强且行程大的重载气缸，重载气缸的缸体15竖直固定在装配机座D上的T形槽中；重载气缸杆14的顶端依次安装有大型行程开关13和大型真空吸盘12 ； 所述视觉测量装置A和装配控制系统E由左相机1、右相机2和工控机组成。所述左相机I和右相机2固定在测量支架3上，测量支架3固定于装配机座D的一端，两相机的夹角可根据零件测量需求进行调整。所述左相机I和右相机2可获取弱刚性薄壁零件表面粘贴标记点的实时信息，通过计算可获得薄壁零件标记点的空间位置信息，从而获取弱刚性薄壁零件的实时位置姿态；所述工控机安放在装配机座D旁，通过信号线与行程开关、气缸和相机相连，可接收行程开关反馈的位置信号，控制气缸伸出缩回和锁紧以及处理高速摄像机采集的零件位置信息。 本专利技术的效果和益处是:通过本专利技术可实现对大型弱刚性薄壁零件的精确定位，并对大型零部件进行无损伤夹紧，通过视觉测量装置可实现对大型弱刚性薄壁零件空间位置姿态的测量，通过工控机控制气缸的伸缩，从而完成对大型弱刚性薄壁零件的位姿调整，完成装配。本专利技术通过设计各元件布局，合理利用装配空间，使用气动元件，提供清洁的装配环境，使用高速摄像机进行视觉测量，实现精确的局部轮廓形貌测量，保证了大型弱刚性薄壁零件装配过程中的精度，提高了装配的效率。 【专利附图】【附图说明】 图1是大型柔性弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统示意图。 图2是大型柔性弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统主视图。 图3是大型柔性弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统侧视图。 图4是调姿单元示意图。 图5是承载定位单元示意图。 图中:1左相机；2右相机；3测量支架；4承载单元；5调姿单元；6柔性弱刚性薄壁零件；7装配底板；8小型真空吸盘；9小型行程开关；10轻载气缸杆；11轻载气缸缸体；12大型真空吸盘；13大型行程开关；14重载气缸杆；15重载气缸缸体；A视觉测量装置；B定位装置；C气动调姿阵列；D装配机座；E装配控制系统。 【具体实施方式】 一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统，其特征在于以气动调姿阵列为主体，辅以定位夹紧装置、视觉测量装置和装配控制系统。以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的【具体实施方式】。 如图1所示，在对柔性弱刚性薄壁零件进行装配时，首先利用视觉测量装置A对整个装配空间进行拍摄，为装配过程中的定位和位姿测量以及调整建立空间坐标系。 空间坐标系建立完成后，在弱刚性薄壁零件6的上表面按照特定布局粘贴定位标记点和测量标记点。通过吊装设备，将薄壁零件6吊装到柔性装配系统上方，并缓慢将其落放到合适高度。利用左相机I和右相机2对零件表面的标记点进行实时拍摄并对零件的位置进行调整。当定位标记点在空间中的位置与理论要求重合时，利用装配控制系统E的工控机控制承载单元4的重载气缸杆14伸出，当气缸杆顶端的大型真空吸盘12与零件接触时，与之相连的大型行程开关13将接触信号输送到装配控制系统E，工控机控制气缸锁紧，重载气缸杆14停止伸出，真空泵抽真空使大型真空吸盘12与零件紧紧贴合在一起，完成对弱刚性薄壁零件6的定位。 定位完成后，利用工控机控制气动调姿阵列C的调姿单元5，使其轻载气缸杆10向上伸出，当气缸杆上端的小型真空吸盘8与零件接触时，接触力的作用触发小型行程开关9使其向装配控制系统E的工控机输送反馈信号，工控机控制调姿单元5锁紧，气缸杆停止伸出。同时，与小型真空吸盘8相连的真空泵抽真空，使吸盘与零件紧密贴合在一起，完成对弱刚性薄壁零件6的夹紧。 零件定位并夹紧后，利用视觉测量装置A的两台相机，对弱刚性薄壁零件6上表面的标记点的位置进行测量，并利用三维重建技术对零件的表面轮廓进行重建，与理论轮廓进行对比，制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一套大型弱刚性薄壁零件气动柔性装配系统，其特征在于，包括气动调姿阵列(C)、定位装置(B)、视觉测量装置(A)和装配控制系统(E)；所述的气动调姿阵列(C)由至少25个调姿单元(5)组成；调姿单元(5)按照矩形等距排列，动力元件选用轻载气缸，轻载气缸的缸体(11)竖直固定在装配机座(D)上的T形槽中，所述的装配机座(D)上设有多条相互平行且等间距的T形槽，轻载气缸杆(10)沿竖直方向运动，轻载气缸杆(10)顶部依次安装小型行程开关(9)和小型真空吸盘(8)；小型行程开关(9)通过信号线与装配控制系统(E)的工控机连接，当小型真空吸盘(8)与弱刚性薄壁零件接触时，小型行程开关(9)向装配控制系统(E)发出信号，装配控制系统(E)控制轻载气缸锁紧，轻载气缸杆(10)停止伸出；小型真空吸盘(8)通过气管与真空泵相连，轻载气缸锁紧后真空泵抽真空，小型真空吸盘(8)吸附在弱刚性薄壁零件上，实现弱刚性薄壁零件的夹紧；所述定位装置(B)包括四个承载单元(4)，四个承载单元(4)布置在气动调姿阵列(C)外围，即气动调姿阵列(C)所形成矩形的四个顶点处；所述承载单元(4)的动力元件选用重载气缸，重载气缸的缸体(15)竖直固定在装配机座(D)上的T形槽中；重载气缸杆(14)顶端依次安装大型行程开关(13)和大型真空吸盘(12)；所述视觉测量装置(A)和装配控制系统(E)包括左相机(1)、右相机(2)和工控机；所述左相机(1)和右相机(2)固定在测量支架(3)上，测量支架(3)固定于装配机座D的一端，两相机的夹角根据零件测量需求进行调整；所述左相机(1)和右相机(2)获取薄壁零件表面标记点的实时信息，通过计算获得零件标记点的空间位置信息，从而获取弱刚性薄壁零件的实时位置姿态；所述工控机安放在装配机座(D)旁，通过信号线与行程开关、气缸和相机相连，接收行程开关反馈的位置信号，控制气缸伸出缩回和锁紧以及处理高速摄像机采集的零件位置信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巍，李晓东，贾振元，张洋，马鑫，李肖，尚志亮，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21