[发明专利]用于复材装配中间隙测量-补偿的机器人及间隙补偿方法

说明书

本发明涉及一种用于复材装配中间隙测量‑补偿的机器人及间隙补偿方法，该机器人包括四部分，其中集成运动装置包括导轨和可沿导轨移动的底盘；所述间隙测量装置包括由滑轨和滑块构成的移动副、悬臂以及用于驱动所述滑块沿滑轨移动的步进电机，所述滑轨固定在底盘上；所述悬臂的首端与滑块固接，所述悬臂的末端安装有间隙测量头；所述填隙补偿装置包括蠕动泵、液体垫片储箱和软管；所述控制装置用于接收应变片测量的应变值并控制集成运动装置的速度。该方法包括：标定间隙测量装置、制备液体垫片、安装机器人和实施间隙测量与间隙补偿四个步骤。本发明实现了飞机复合材料装配结构间隙测量与填隙补偿操作的自动化，减轻了劳动强度，提高了装配效率。

技术领域

本发明涉及一种用于复材装配中间隙测量-补偿的机器人及间隙补偿方法，属于飞机装配技术领域。

背景技术

复合材料凭借其优异的力学性能，在现代航空制造业中得到了广泛应用。但复合材料在使用的过程中还存在一些问题，例如，受成型工艺方法限制，复合材料构件成型精度不高，厚度方向误差、平面度、角度偏差较大。复合材料大量使用半模成型，其贴模面表面质量较高，但由于固化过程中树脂的流动、纤维和树脂热膨胀系数差异等原因，非贴模面质量较差。成型过程中形成的几何误差会给后续的装配工作带来困难，相互配合的复合材料构件间往往产生干涉或间隙，遇到干涉问题时，可以通过铣削构件表面的玻璃纤维牺牲层解决；当遇到较小的间隙时，可以直接进行强迫装配，通过螺栓预紧力消除间隙，对结构不会产生明显的影响，如果间隙较大，强迫装配会导致构件中产生较大的装配应力，部分区域甚至可能出现损伤，因此必须在间隙内填充垫片，包括液体垫片、可剥垫片或固体垫片等，其中填隙补偿操作中液体垫片使用范围最广，使用量最大。液体垫片包含两个组分，即环氧树脂基体与固化剂，使用时将二者按照一定比例均匀混合，接着将其涂覆到间隙处，液体垫片会在室温下完成固化。

在目前的生产实践中，复材构件装配时间隙测量-补偿主要依赖人工操作，具体的工艺方案为：构件定位-夹紧-间隙测量与标记-壁板下架-填隙补偿-壁板上架-垫片固化-制孔-连接。其中，间隙测量主要使用塞尺，由人工操作测量不同位置间隙的大小，并做标记，作为填隙补偿的依据。测量完成后，将其中一个部件（一般是壁板）下架，在骨架的相应位置涂覆液体垫片，并在液体垫片上覆盖一层隔离膜。再将壁板上架进行定位与夹紧操作，使流动的液体垫片充分填充间隙，挤出并清理多余的液体垫片。液体垫片完全固化后，撤除隔离膜，进行制孔和连接等操作。

但复材装配中的填隙补偿严重依赖人工操作，不但费时费力，而且自动化程度较低。目前的研究中还未发现能够自动地进行装配间隙测量与填补液体垫片的机器人。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种可以自动地测量装配间隙大小并在其中填充液体垫片的间隙测量-补偿机器人及间隙补偿方法，从而提高复材的装配效率，减少装配成本。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案之一是：一种用于复材装配中间隙测量-补偿的机器人，由集成运动装置、间隙测量装置、填隙补偿装置与控制装置构成；

所述集成运动装置包括导轨和底盘，所述导轨的底部固设有多个真空吸盘，所述导轨的两侧面沿长度方向设有条形的凸缘，所述底盘的底部安装有两排滚轮，所述滚轮上设有与凸缘相匹配的环形凹槽，所述导轨的两侧的凸缘分别卡入两排滚轮内从而使底盘附着在导轨上；所述底盘的顶部安装有用于驱动滚轮沿导轨移动的减速电机；

所述间隙测量装置包括由滑轨和滑块构成的移动副、悬臂以及用于驱动所述滑块沿滑轨移动的步进电机，所述滑轨固定在底盘上；所述悬臂的首端与滑块固接，所述悬臂的末端安装有间隙测量头，所述间隙测量头由上、下两条弧形的金属片对合形成的环状金属带构成，所述上、下金属片上分别设有应变片；

所述填隙补偿装置包括蠕动泵、液体垫片储箱和软管，所述蠕动泵的入口端与液体垫片储箱连通，所述蠕动泵的出口端与固定在悬臂上的软管连接，所述软管在使用时用于将液体垫片输送到待填充间隙内，所述蠕动泵的流速保持恒定；