[发明专利]一种集成法向找正功能的自动钻铆末端执行器压力脚装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动钻铆技术领域，具体涉及一种集成法向找正功能的自动钻铆末端执行器压力脚装置。

背景技术

随着现代飞机性能要求的提高，自动化装配技术得到了越来越广泛的应用。目前飞机上的结构件在装配过程中以机械连接为主，机械连接带来大量的制孔问题，为了满足飞机长寿命要求就必须解决精密制孔技术难题，因此机器人精密制孔技术成为飞机自动化装配技术的一个重要的应用和研究方向。末端执行器上的压力脚作为压紧工件、法向检测的装置，就成为了自动化装配技术中的一个重要的研究领域。

国外关于机器人自动制孔技术的应用和研究已相当成熟：美国的Electroimpact公司与英国空客公司联合设计了一套机器人钻削系统，主要用于波音F/A-18E/F的机翼后缘襟翼的钻孔与锪窝；洛克希德·马丁公司F-35飞机碳纤维环氧复合材料机翼上壁板制孔用的大型龙门式钻铆系统。国内在飞机装配领域与航空先进技术国家还存在教大的差距，对机器人精密制孔的研究处于起步阶段，因此需要大力发展以满足新一代飞机的研制与生产要求。

在机器人自动化制孔过程中，由于机器人本身的定位误差，型架的制造、安装误差、产品的加工装配误差等，导致飞机蒙皮表面代加工点的外法矢方向与刀具轴线方向存在一定的夹角，如果此夹角过大，必然会影响产品的精度和装配的可靠性，同时还会对刀具的寿命产生一定的影响，因此现在国内外一般的做法是在每次钻孔前进行法向找正，而法向找正大多数是通过装在压力脚外部的四个激光位移传感器获取待加工孔附近区域的四个点的空间位置，进而拟合出待加工孔的法矢。本发明的压力脚装置用长度计代替激光位移传感器来获取待加工孔的法矢，并将长度计内置在压力脚内部，这样做的优点是：

1、长度计较激光位移传感器有较高的精度，在分辨率上能提高一个数量级，因此能消除因测量误差导致的法相检测误差；

2、激光位移传感器照射到工件表面的四个点构成的区域面积较大，当工件的曲率较大时，所拟合的法向与待加工点的法向出入较大，而本发明压力脚的测量方式采用接触式的测量方式，与工件的接触区域就是压力脚端部的圆环构成的区域，面积可以做的更小，因此本发明的压力脚装置可以适应更大曲率工件的自动化制孔；

3、激光位移传感器采用激光测距的方式，现场可能受到环境的影响或工装的阻挡导致光路不稳或者照射点不正确，使得法向找正失败，而采用接触式的压力脚就不会面临这样的问题。

发明内容

本发明提供了一种压力脚装置，该压力脚的测量法向的传感器元件为长度计，采用接触式测量法向的方法测量加工点处的法向。

本发明提供的技术方案是：

一种集成法向找正功能的自动钻铆末端执行器压力脚装置，包括压力脚基座和法向找正系统，所述压力脚基座安装在末端执行器上，为可拆卸的部分，通过外部的气缸驱动向前；所述法向找正系统包括安装在压力脚内部的球轴承、压力脚外部的长度计、预拉伸弹簧及压力头安装座；所述压力脚基座和压力头安装座通过预拉紧弹簧连接；在压力脚基座上设有球轴承和长度计，所述长度计通过固定块固定在压力脚基座后端，其均布排列在压力脚基座中心四周，所述长度计的测量头与压力头安装座接触；所述球轴承的内表面固定在压力脚基座中心，压力头通过四个螺栓安装固定在压力头安装座上，所述压力头内侧固定安装在球轴承的外表面，通过球轴承内外表面的配合，使得压力头安装座能绕压力脚基座在空间±15°角度范围内旋转来贴合工件表面。

进一步的，所述长度计7为四个，长度计和预拉紧弹簧呈环向间隔分布。

进一步的，在压力脚基座上下对角布置两个销孔和螺栓孔。

利用上述的压力脚装置找正的方法，包括以下步骤：

步骤1：压力脚在气缸的驱动下向工件运动并逐渐接触工件直至压紧，工件受到压力脚的压力；

步骤2：球轴承在工件的反作用力的作用下开始沿着工件表面旋转直至压力脚端部完全贴合工件表面，四个预拉紧弹簧部分伸长，部分缩短，四个长度计的测量杆部分伸长、部分缩短，这样工件的平面信息转换为到长度计长度信息上；

步骤3：上位机根据四个长度计反馈上的长度值计算出工件的法向以及机器人相对于工件的法向姿态；

步骤4：气缸缩回，压力脚在预拉紧弹簧的作用下回到初始状态，上位机发送所计算的法向姿态给机器人，机器人运动到目标姿态，完成了一个目标区域法向找正的过程。