[发明专利]一种用于飞机装配的接触式曲面法向测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于飞机装配的接触式曲面法向测量装置，包括基座组件，基座组件包括基座、激光位移传感器和光电接近开关，激光位移传感器和光电接近开关均安装在基座上；接触式球销测头组件，接触式球销测头组件包括摆动测头和球头，摆动测头安装在基座上，摆动测头上安装有滚动轴承，滚动轴承通过轴端挡圈安装在导向键上，球头上设有键槽，摆动测头可沿着滚动轴承的轴线OA旋转，亦可沿着经过球心且垂直于球头的键槽导向面的轴线OB旋转，本发明的接触式自适应测头，直接与产品接触，可满足曲率变化较大曲面的法向测量需求，并能够实现飞机内侧曲面法向测量。

技术领域

本发明涉及机械测量领域，具体为一种用于飞机装配的接触式曲面法向测量装置及方法。

背景技术

飞机装配时，需要在壁板上进行制孔、铆接等操作，目前，新型飞机对装配质量要求越来越高，自动制孔、铆接设备正逐步取代传统手动加工的作业模式。法向测量是自动制孔及铆接的重要环节，法向测量的精度直接影响到制孔及铆接质量。目前，曲面法向测量的基本原理为：测量某点附近区域的多个点(至少是3个，通常是4个)的位置，利用这几个点的坐标拟合平面或曲面，从而得到该点处的法向。通常，通过测量曲面上的点到传感器的距离换算出曲面上各点的位置。因此，常常采用各类位移传感器直接测出各点的位置，也可以采用力传感器测量，间接地推算出各点的位置。

例如，申请号为201110284912.2，专利名称为一种测量自由曲面任意点处法向矢量的装置及其测量方法发明专利：

此发明采用曲线拟合代替了曲面拟合，相对与曲面拟合法较为简单，测量数据点较少，省去了曲面拟合的复杂过程，而且在测量大曲率曲面时精度也能满足实际要求，便于应用。由于采用接触式测量方法，数据采集结果准确，测量精度较高，并可有效降低装置成本，具有结构简单、操作灵活，可靠性高、生产成本低等特点。

但是，现有的曲面法向量测量方法普遍存在以下缺陷：

(1)首先，至少需要3个位移传感器(通常是4个传感器)，对于大多数设备而言，较难实现均匀的布局，为了比较合理地布局，通常需要改变传感器机座的结构、增大传感器机座的尺寸，恶化了设备的工作性能；

(2)其次，现有曲面法向测量方法一般用在飞机外表面法向测量，无法实现飞机内侧长桁、框等零部件曲面法向测量；

(3)再次，飞机制孔、铆接过程一般需要压紧飞机表面，压紧后的飞机表面发生变形，曲面法向也发生变化，现有曲面法向测量方法测量加工区域未压紧状态时的法向，无法获得压紧后的曲面法向；

(4)最后，现有曲面法向测量方法测量精度受传感器测量点距离、曲面曲率半径等因素影响较大，针对不同曲率的曲面，需要设计相应测量点距离以提高测量精度，通常一套测量装置难以实现曲率变化较大产品的测量，直接限制整套设备的适用性。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种用于飞机装配的接触式曲面法向测量装置及方法，设计了一种接触式自适应测头，直接与产品接触，测头能够反映待测区域压紧状态的曲面法向，通过两个位移传感器采集的距离信息计算测头摆动角度，可满足曲率变化较大曲面的法向测量需求，并能够实现飞机内侧曲面法向测量，有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于飞机装配的接触式曲面法向测量装置，包括：

基座组件，以及接触式球销测头组件；

所述基座组件包括基座以及安装在基座上的两个激光位移传感器；所述接触式球销测头组件安装在基座中间；

所述接触式球销测头组件包括与所述激光位移传感器正相对设置的摆动测头，所述摆动测头用于反映待测产品表面压紧状态的曲面法向，并可轴旋转适应曲面曲率。