[发明专利]用于自动制孔设备的压紧力闭环控制系统和方法

说明书

本发明提供一种用于自动制孔设备的压紧力闭环控制系统，包括：控制系统单元，其由自动制孔设备的总控制系统进行控制，并获得压紧力闭环控制的目标压紧力值；压紧力测量单元，其实时获取压紧力数据，并将压紧力数据作为闭环控制的反馈量反馈给控制系统单元；以及气动执行单元，其由控制系统单元进行控制以执行对气缸动作及气压的调节，从而控制压力脚作用在薄板类部件表面上的压紧力。本发明还提供一种用于自动制孔设备的压紧力闭环控制方法。根据本发明的压紧力闭环控制系统和方法，可以有效提高加工过程的刚性并抑制工件振动，减小叠层板层间毛刺的产生。

技术领域

本发明总的涉及用于飞机部件等薄板类部件的自动制孔设备技术领域，特别是涉及用于自动制孔设备的压紧力闭环控制系统和方法。

背景技术

20世纪50年代以来，得益于自动化技术的迅猛发展，飞机制孔作业从最早的人工制孔到半自动化、自动化制孔，也在不断提高。飞机机身蒙皮、壁板等部件均为薄板类部件，由于工件刚度较差，在钻削过程中，受到钻削力的作用会产生明显的变形效果。这一变形效果不仅会造成工件的振动，影响加工质量，在叠层板钻孔过程中还直接导致了层间毛刺的产生。大量研究表明，在薄板工件的钻削加工过程中，在加工区域附近施加一定的压紧力，可以有效的压紧工件，消除加工过程的振动，提升加工系统的刚度。

在目前常见的飞机部件自动制孔设备中，借助气缸提供压力源，通过环形结构的压力脚对工件表面施加压紧力的方式也已经非常普遍。但是在目前的自动制孔设备中对于施加的压紧力的大小并不加以控制，只是根据经验选取一个大概的值，而在加工过程中，受到钻削力的作用，工件会产生一定的变形，从而对气压造成扰动，使得实际的压紧力发生一定的变化，进一步影响了压紧力的作用效果。所以，在自动制孔设备中，实现整个加工过程中的压紧力闭环控制，使实际作用的压紧力稳定于目标值，可以更好的实现压紧力对自动制孔过程的优化作用。

由于加工过程中，用于压紧工件的压力脚一直紧贴工件，其末端区域无法直接安装传感器，所以无法直接测量作用在工件上的压紧力的大小。只有获得了压紧力的实时测量数据，才可以实现对压紧力的闭环控制。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，由于气缸在调整过程中的加速度有限，故而利用安装于气缸杆末端的力传感器，可以实时的测量作用于气缸杆和设备固定部分之间的作用力；由经典力学的平衡关系，这一作用力与实际作用于工件表面的压紧力近似相等。

基于此，为了解决现有自动制孔设备无法实现在整个制孔过程中对压紧力闭环控制的问题，一方面，本发明提出了一种用于自动制孔设备的压紧力闭环控制系统，包括：控制系统单元，其由自动制孔设备的总控制系统进行控制，并获得压紧力闭环控制的目标压紧力值；压紧力测量单元，其实时获取压紧力数据，并将压紧力数据作为闭环控制的反馈量反馈给控制系统单元；以及气动执行单元，其由控制系统单元进行控制以执行对气缸动作及气压的调节，从而控制压力脚作用在薄板类部件表面上的压紧力。

优选地，压紧力闭环控制是由控制系统单元执行的PID控制。

优选地，压紧力测量单元由压紧力传感器及其放大元件构成，压紧力传感器的测量结果通过放大元件转换后的信号反馈给控制系统单元，其中，压紧力传感器安装于气缸杆的末端与基座之间，以实时测量气缸杆与基座之间的作用力，该作用力与压紧力基本相等，放大元件用于将压紧力传感器微小的测量信号转换为电流模拟量信号，并反馈给控制系统单元。

优选地，气动执行单元由气缸、压紧执行模块及气路系统组成，气缸具有气缸杆和气缸缸体，压紧执行模块包括基座、压紧执行模块主体和压力脚，基座通过连接件安装于移动设备上，气缸缸体和压力脚固定于压紧执行模块主体上，压力脚在气缸的驱动下对薄板类部件表面施加压紧力作用，气缸缸体两侧的气孔通过气管与气路系统相连。

优选地，气路系统包括气源、油雾器、减压阀、过滤阀、比例压力阀、电磁阀、节流阀及气管，气路系统由控制系统单元进行控制，执行对气缸内的流量、气压及气缸运动方向的调节。