本申請(qǐng)涉及空間三角坐標(biāo)調(diào)節(jié)及鎖緊機(jī)構(gòu)、真空吸附裝置、膨脹張緊機(jī)構(gòu)的組合運(yùn)用，適用于諸如飛機(jī)復(fù)材壁板等具有復(fù)雜曲面外形工件的法向柔性精確定位和吸附。

背景技術(shù)：

在飛機(jī)部裝、總裝生產(chǎn)線上，經(jīng)常需要工裝定位器對(duì)飛機(jī)復(fù)雜曲面工件的法向進(jìn)行精確定位和固定，以滿足飛機(jī)裝配技術(shù)要求。

1.傳統(tǒng)工裝常采用法向不可調(diào)整的剛性定位器形式，法向調(diào)整一般通過搭設(shè)專用調(diào)整支架或者專用螺紋頂絲等方式實(shí)現(xiàn)，法向調(diào)整到位后，通過在剛性定位器與工裝支座的連接界面填充環(huán)氧水泥或者塞硬墊的方式將剛性定位器固定下來。這種法向定位器形式和調(diào)整法向的方法適用于專用型工裝，不具備柔性和通用性，法向調(diào)節(jié)效率低，工裝研制成本高。

2.傳統(tǒng)飛機(jī)壁板為金屬壁板，金屬壁板上的螺接孔、鉚接孔等可以用來安裝工藝接頭，工裝定位器通過工藝接頭與金屬壁板進(jìn)行連接，通過定位器的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，對(duì)飛機(jī)壁板進(jìn)行位姿調(diào)姿。相比金屬壁板而言，復(fù)材壁板具有越來越明顯的性能優(yōu)勢(shì)，特別在飛機(jī)減重設(shè)計(jì)方面，復(fù)材的大量應(yīng)用是飛機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于復(fù)材大多經(jīng)過鋪絲、鋪帶，進(jìn)熱壓罐膠合而成，復(fù)材上沒有現(xiàn)成的孔位,如果現(xiàn)制孔位，將對(duì)復(fù)材質(zhì)量造成影響，因此，飛機(jī)復(fù)材壁板如何與工裝定位器建立連接關(guān)系，是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N曲面工件法向柔性定位吸附裝置，含有法蘭座、a角調(diào)節(jié)模塊、b角調(diào)節(jié)模塊、c角調(diào)節(jié)模塊、張緊器、真空裝置、吸盤；a角調(diào)節(jié)模塊、b角調(diào)節(jié)模塊、c角調(diào)節(jié)模塊兩兩垂直且相互獨(dú)立；a角調(diào)節(jié)模塊的底面與平板狀法蘭座連接固定，a角調(diào)節(jié)模塊設(shè)置有一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸和一根鎖緊桿，b角調(diào)節(jié)模塊含有連接端和運(yùn)動(dòng)端，在連接端上設(shè)置有一對(duì)支孔和一對(duì)180°圓弧槽軌道，支孔與a角調(diào)節(jié)模塊上的支軸與進(jìn)行孔軸配合，形成a角轉(zhuǎn)動(dòng)副，a角調(diào)節(jié)模塊上的鎖緊桿穿越b角調(diào)節(jié)模塊上連接端的圓弧槽軌道，實(shí)現(xiàn)a角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；在b角調(diào)節(jié)模塊的運(yùn)動(dòng)端上設(shè)置有一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸和一根鎖緊桿，在c角調(diào)節(jié)模塊上設(shè)置有一對(duì)支孔和一對(duì)180°圓弧槽軌道，b角調(diào)節(jié)模塊的運(yùn)動(dòng)端上的一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸與c角調(diào)節(jié)模塊上的一對(duì)支孔進(jìn)行孔軸配合，形成b角轉(zhuǎn)動(dòng)副，b角調(diào)節(jié)模塊的運(yùn)動(dòng)端上的一根調(diào)節(jié)b角鎖緊桿穿越c角調(diào)節(jié)模塊圓弧槽軌道，實(shí)現(xiàn)b角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；c角調(diào)節(jié)模塊的底端面設(shè)置有圓環(huán)狀母頭，張緊器是一個(gè)兩端都帶有圓環(huán)脹體，中間設(shè)置內(nèi)六角孔便于安裝真空裝置；c角調(diào)節(jié)模塊上的圓環(huán)狀母頭與張緊器上一端可變外徑圓環(huán)公頭進(jìn)行孔軸配合，形成c角轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過改變張緊器上的圓環(huán)脹體的外徑，實(shí)現(xiàn)c角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；a角調(diào)節(jié)模塊和b角調(diào)節(jié)模塊中的一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸要求同軸，其共同軸線與鎖緊桿的中心線平行；b角調(diào)節(jié)模塊和c角調(diào)節(jié)模塊中的一對(duì)支孔要求同軸，其共同軸線也應(yīng)與一對(duì)180°圓弧槽軌道的中心線平行；a、b、c三個(gè)角度調(diào)節(jié)模塊同時(shí)調(diào)節(jié)，得到空間任意法向角；張緊器上另一端的圓環(huán)脹體與帶有內(nèi)孔法蘭面的吸盤進(jìn)行孔軸配合，實(shí)現(xiàn)吸盤的脹緊與松開；真空裝置是一個(gè)外六角柱體的真空發(fā)生裝置，通過插入張緊器5中間內(nèi)六角孔，并用備緊螺栓14進(jìn)行頂緊，實(shí)現(xiàn)真空裝置在張緊器的安裝。

張緊器由兩個(gè)帶開口的圓環(huán)脹體、備緊螺栓、實(shí)心長(zhǎng)方體、帶槽口的長(zhǎng)方塊、推動(dòng)螺栓、手柄組成，實(shí)心長(zhǎng)方體和帶槽口的長(zhǎng)方塊通過上下兩端帶開口的圓環(huán)脹體連接起來形成一個(gè)中間帶有間隙的整體，備緊螺栓和推動(dòng)螺栓旋入實(shí)心長(zhǎng)方體的螺孔中固定，通過扳動(dòng)手柄帶動(dòng)凸輪曲面的變化，使圓環(huán)脹體的外徑變化，從而實(shí)現(xiàn)張緊器在其它插入結(jié)構(gòu)中的張緊安裝。

吸盤是一個(gè)圓柱體，圓柱體的上端面刻有類似打靶靶標(biāo)上的溝槽，這些溝槽由十字溝槽和不同外徑的圓環(huán)溝槽組成，溝槽的作用是產(chǎn)生真空負(fù)壓以便與工件產(chǎn)生吸附力；圓柱體的下端面是一個(gè)方形的下陷，與張緊器的方形外輪廓配合，對(duì)吸盤起定位作用；外圓柱面是基于激光可采集精確點(diǎn)位的加工曲面，要求有較高的圓柱度和直線度。真空裝置含有進(jìn)氣接頭、真空發(fā)生器、密封碗，這三者按氣路順序安裝連接起來。

使用該柔性定位吸附裝置進(jìn)行定位吸附的方法，包括以下步驟：

1通過法蘭座將法向柔性定位吸附裝置安裝固定在定位器上；

2將激光跟蹤儀固定在離法向柔性定位吸附裝置不遠(yuǎn)的地面上，要求激光跟蹤儀光路開敞，能采集到吸盤外圓柱面上的點(diǎn)位；

3用激光跟蹤儀對(duì)法向柔性定位吸附裝置中吸盤的外圓柱面進(jìn)行ots實(shí)時(shí)掃描和運(yùn)算，并擬合出吸盤的中心線，與目標(biāo)法線進(jìn)行比對(duì)，找出需要調(diào)節(jié)的各個(gè)方向的角度；

4按需松開可調(diào)節(jié)松緊桿，通過調(diào)整a角調(diào)節(jié)模塊的a角角度和b角調(diào)節(jié)模塊的b角角度，將吸盤的中心線調(diào)節(jié)到與曲面工件外形法線一致，然后將可調(diào)節(jié)松緊桿備緊，鎖緊a角調(diào)節(jié)模塊和b角調(diào)節(jié)模塊；

5松開帶凸輪的手柄，使張緊器與c角調(diào)節(jié)模塊和吸盤處于松開狀態(tài)，調(diào)節(jié)c角到位后使張緊器張緊；

6真空裝置的進(jìn)氣接頭與外氣源接通，啟動(dòng)真空發(fā)生器，吸盤將曲面工件沿法向精確地吸附定位在工裝上。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N三角自由度均可調(diào)節(jié)、可鎖緊，能與復(fù)雜曲面外形工件建立穩(wěn)固吸附關(guān)系的柔性定位裝置及定位吸附方法，可以快速實(shí)現(xiàn)曲面工件法向的調(diào)節(jié)和定位，適用于多種不同曲率曲面工件的法向定位和吸附。

以下結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本申請(qǐng)做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

附圖說明

圖1是曲面工件法向柔性定位吸附裝置組成示意圖。

圖2是曲面工件法向柔性定位吸附裝置剖視圖

圖3是a角調(diào)節(jié)模塊2示意圖

圖4是b角調(diào)節(jié)模塊3示意圖

圖5是c角調(diào)節(jié)模塊4示意圖

圖6是張緊器5軸側(cè)示意圖

圖7是張緊器5俯視示意圖

圖8是吸盤1示意圖

圖9是真空裝置6示意圖

圖10是曲面工件法向柔性定位吸附裝置應(yīng)用示意圖

圖中編號(hào)說明：1法蘭座、2a角調(diào)節(jié)模塊、3b角調(diào)節(jié)模塊、4c角調(diào)節(jié)模塊、5張緊器、6真空裝置、7吸盤、8轉(zhuǎn)動(dòng)支軸、9可調(diào)節(jié)松緊的桿、10一對(duì)同心孔、11一對(duì)180°圓弧槽軌道、12圓環(huán)狀母頭、13圓環(huán)脹體、14備緊螺栓、15實(shí)心長(zhǎng)方體、16帶槽口的長(zhǎng)方塊、17推動(dòng)螺栓、18帶凸輪的手柄、19凸輪曲面、20進(jìn)氣接頭、21真空發(fā)生器、22密封碗、23曲面工件、24定位器

具體實(shí)施方式

參見附圖1-5，一種曲面工件法向柔性定位吸附裝置，含有法蘭座1、a角調(diào)節(jié)模塊2、b角調(diào)節(jié)模塊3、c角調(diào)節(jié)模塊4、張緊器5、真空裝置6、吸盤7；所述a角調(diào)節(jié)模塊2的底面與平板狀法蘭座1連接固定，a角調(diào)節(jié)模塊2設(shè)置有一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8和一根鎖緊桿9，b角調(diào)節(jié)模塊3含有連接端和運(yùn)動(dòng)端，在連接端上設(shè)置有一對(duì)支孔10和一對(duì)180°圓弧槽軌道11，支孔10與a角調(diào)節(jié)模塊2上的支軸8與進(jìn)行孔軸配合，形成a角轉(zhuǎn)動(dòng)副，a角調(diào)節(jié)模塊2上的鎖緊桿9穿越b角調(diào)節(jié)模塊3上連接端的圓弧槽軌道11，實(shí)現(xiàn)a角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；在b角調(diào)節(jié)模塊3的運(yùn)動(dòng)端上設(shè)置有一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8和一根鎖緊桿9，在c角調(diào)節(jié)模塊4上設(shè)置有一對(duì)支孔10和一對(duì)180°圓弧槽軌道11，b角調(diào)節(jié)模塊3的運(yùn)動(dòng)端上的一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8與c角調(diào)節(jié)模塊4上的一對(duì)支孔10進(jìn)行孔軸配合，形成b角轉(zhuǎn)動(dòng)副，b角調(diào)節(jié)模塊3的運(yùn)動(dòng)端上的一根調(diào)節(jié)b角鎖緊桿9穿越c角調(diào)節(jié)模塊4圓弧槽軌道11，實(shí)現(xiàn)b角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；c角調(diào)節(jié)模塊4的底端面設(shè)置有圓環(huán)狀母頭12，張緊器5是一個(gè)兩端都帶有圓環(huán)脹體13，中間設(shè)置內(nèi)六角孔便于安裝真空裝置6；c角調(diào)節(jié)模塊4上的圓環(huán)狀母頭12與張緊器5上一端可變外徑圓環(huán)公頭13進(jìn)行孔軸配合，形成c角轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過改變張緊器5上的圓環(huán)脹體13的外徑，實(shí)現(xiàn)c角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；張緊器5上另一端的圓環(huán)脹體13與帶有內(nèi)孔法蘭面的吸盤7進(jìn)行孔軸配合，實(shí)現(xiàn)吸盤7的脹緊與松開；真空裝置6是一個(gè)外六角柱體的真空發(fā)生裝置，通過插入張緊器5中間內(nèi)六角孔，并用備緊螺栓14進(jìn)行頂緊，實(shí)現(xiàn)真空裝置6在張緊器5的安裝。

參見附圖3，a角調(diào)節(jié)模塊2設(shè)置有一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8和一根鎖緊桿9,在制造過程中,一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8要求同軸，其共同軸線也應(yīng)與鎖緊桿9的中心線平行，a角調(diào)節(jié)范圍為-90°～+90°，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整a角的調(diào)節(jié)范圍。

參見附圖4，b角調(diào)節(jié)模塊3含有連接端和運(yùn)動(dòng)端，在連接端上設(shè)置有一對(duì)支孔10和一對(duì)180°圓弧槽軌道11，在運(yùn)動(dòng)端上設(shè)置有一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8和一根鎖緊桿9。在制造過程中，一對(duì)支孔10要求同軸，其共同軸線也應(yīng)與一對(duì)180°圓弧槽軌道11的中心線平行，一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8要求同軸，其共同軸線也應(yīng)與鎖緊桿9的中心線平行，b角調(diào)節(jié)范圍為-90°～+90°，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整b角的調(diào)節(jié)范圍。

a角調(diào)節(jié)模塊2與b角調(diào)節(jié)模塊3的連接安裝方法為：b角調(diào)節(jié)模塊3上支孔10與a角調(diào)節(jié)模塊2上的支軸8與進(jìn)行孔軸配合，形成a角轉(zhuǎn)動(dòng)副，a角調(diào)節(jié)模塊2上的鎖緊桿9穿越b角調(diào)節(jié)模塊3上連接端的圓弧槽軌道11，實(shí)現(xiàn)a角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開；b角調(diào)節(jié)模塊3的運(yùn)動(dòng)端上的一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8與c角調(diào)節(jié)模塊4上的一對(duì)支孔10進(jìn)行孔軸配合，形成b角轉(zhuǎn)動(dòng)副，b角調(diào)節(jié)模塊3的運(yùn)動(dòng)端上的一根調(diào)節(jié)b角鎖緊桿9穿越c角調(diào)節(jié)模塊4圓弧槽軌道11，實(shí)現(xiàn)b角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開。

參見附圖5，c角調(diào)節(jié)模塊4上設(shè)置有一對(duì)支孔10和一對(duì)180°圓弧槽軌道11，在c角調(diào)節(jié)模塊4的底端面設(shè)置有圓環(huán)狀母頭12。在制造過程中，一對(duì)支孔10要求同軸，其共同軸線也應(yīng)與一對(duì)180°圓弧槽軌道11的中心線平行，c角調(diào)節(jié)范圍為-180°～+180°，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整c角的調(diào)節(jié)范圍。

b角調(diào)節(jié)模塊3與c角調(diào)節(jié)模塊4的連接安裝方法為：b角調(diào)節(jié)模塊3上的一對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支軸8與c角調(diào)節(jié)模塊4上的一對(duì)支孔10進(jìn)行孔軸配合，形成b角轉(zhuǎn)動(dòng)副，b角調(diào)節(jié)模塊3的運(yùn)動(dòng)端上的一根調(diào)節(jié)b角鎖緊桿9穿越c角調(diào)節(jié)模塊4圓弧槽軌道11，實(shí)現(xiàn)b角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開。

參見附圖6和圖7，張緊器5由兩個(gè)帶開口的圓環(huán)脹體13、備緊螺栓14、實(shí)心長(zhǎng)方體15、帶槽口的長(zhǎng)方塊16、推動(dòng)螺栓17、手柄18組成，實(shí)心長(zhǎng)方體15和帶槽口的長(zhǎng)方塊16通過上下兩端帶開口的圓環(huán)脹體13連接起來形成一個(gè)中間帶有間隙的整體，備緊螺栓14和推動(dòng)螺栓17旋入實(shí)心長(zhǎng)方體15的螺孔中固定，通過扳動(dòng)手柄18帶動(dòng)凸輪曲面18的變化，使圓環(huán)脹體13的外徑變化，從而實(shí)現(xiàn)張緊器5在其它插入結(jié)構(gòu)中的張緊安裝。

張緊器5與c角調(diào)節(jié)模塊4的連接安裝方法為：c角調(diào)節(jié)模塊4上的圓環(huán)狀母頭12與張緊器5上一端可變外徑圓環(huán)公頭13進(jìn)行孔軸配合，形成c角轉(zhuǎn)動(dòng)副，通過改變張緊器5上的圓環(huán)脹體13的外徑，實(shí)現(xiàn)c角轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖緊與松開。

參見圖8，吸盤7是一個(gè)圓柱體，圓柱體的上端面刻有類似打靶靶標(biāo)上的溝槽，這些溝槽由十字溝槽和不同外徑的圓環(huán)溝槽組成，溝槽的作用是產(chǎn)生真空負(fù)壓以便與工件產(chǎn)生吸附力。圓柱體的下端面是一個(gè)方形的下陷。吸盤7的外圓柱面是基于激光可采集精確點(diǎn)位的加工曲面，要求有較高的圓柱度和直線度。

吸盤7與張緊器5的連接安裝方法為：將張緊器5的方形外輪廓插入吸盤7的帶方形的下陷，將張緊器5的一端可變外徑圓環(huán)公頭13插入吸盤7的圓孔，通過改變張緊器5上的圓環(huán)脹體13的外徑，實(shí)現(xiàn)吸盤7的張緊與松開。

參見圖9，真空裝置6含有進(jìn)氣接頭20、真空發(fā)生器21、密封碗22，這三者按氣路順序安裝連接起來。

真空裝置6的安裝方法為：將真空裝置6的外六角柱體通過插入張緊器5中間內(nèi)六角孔，并用備緊螺栓14進(jìn)行頂緊，實(shí)現(xiàn)真空裝置6在張緊器5的安裝。

制造和安裝時(shí),要求三個(gè)角度調(diào)節(jié)模塊兩兩垂直，相互獨(dú)立，垂直精度越高，角度調(diào)節(jié)的針對(duì)性就越強(qiáng)，調(diào)節(jié)到位的時(shí)間就越短，通過三角自由度調(diào)節(jié)器的調(diào)整，曲面工件法向柔性定位吸附裝置可以得出空間任意法向r角。a角、b角、c角三個(gè)角度調(diào)節(jié)模塊都有獨(dú)立的鎖緊裝置，鎖緊或松開互補(bǔ)影響。

使用法向柔性定位吸附裝置對(duì)復(fù)雜曲面工件進(jìn)行定位吸附的方法，包括以下步驟：

1、通過法蘭座1將法向柔性定位吸附裝置安裝固定在定位器24上。

2、將激光跟蹤儀固定在離法向柔性定位吸附裝置不遠(yuǎn)的地面上，要求激光跟蹤儀光路開敞，能采集到吸盤7外圓柱面上的點(diǎn)位。

3、用激光跟蹤儀對(duì)法向柔性定位吸附裝置中吸盤7的外圓柱面進(jìn)行ots實(shí)時(shí)掃描和運(yùn)算，并擬合出吸盤7的中心線，與目標(biāo)法線進(jìn)行比對(duì)，找出需要調(diào)節(jié)的各個(gè)方向的角度。

4、按需松開可調(diào)節(jié)松緊桿9，通過調(diào)整a角調(diào)節(jié)模塊2的a角角度和b角調(diào)節(jié)模塊3的b角角度，將吸盤7的中心線調(diào)節(jié)到與曲面工件23外形法線一致，然后將可調(diào)節(jié)松緊桿9備緊，鎖緊a角調(diào)節(jié)模塊2和b角調(diào)節(jié)模塊3。

5、松開帶凸輪的手柄18，使張緊器5與c角調(diào)節(jié)模塊4和吸盤7處于松開狀態(tài)，調(diào)節(jié)c角到位后使張緊器5張緊。

6、真空裝置6的進(jìn)氣接頭20與外氣源接通，啟動(dòng)真空發(fā)生器，吸盤7將曲面工件23沿法向精確地吸附定位在工裝上。