CN102745340B - 一种飞机主起交点框数字化定位装置的飞机主起交点框数字化定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机主起交点框数字化定位装置及安装方法。它包括主起框定位型架和实现数字化定位的凋姿***；主起框定位型架由四个相互独立的第一主起工艺框、第二主起工艺框、第三主起工艺框、第四主起工艺框组成，通过连接梁连接；每个主起工艺框均设有上、下工艺孔，上工艺孔内嵌入第一衬套，上工艺孔侧面设有第一接头销轴、第一接头压板、第一快压螺栓；在下工艺孔内嵌入第二衬套，下工艺孔侧面设有第二接头销轴、第二接头压板、第二快压螺栓，在连接梁上设有第一工艺球头座、第二工艺球头座。本发明可实现飞机四个不同位置的主起交点框定位、安装；安装型架通过一组调姿器***进行姿态调整和定位，效率高、工装成本低、开敞性好。

Description

一种飞机主起交点框数字化定位装置的飞机主起交点框数字化定位方法

技术领域

本发明涉及一种飞机主起交点框数字化定位装置及安装方法，属于航空制造数字化装配领域，。 

背景技术

飞机四个主起落架交点框是整架飞机的主要承力框，是飞机的起飞和降落受力交点，飞机四个主起落架交点框的安装在整架飞机装配制造中是至关重要的环节，对飞机的寿命具有举足轻重的作用，目前国内传统飞机主起落架交点框的安装，采用传统固定的卡板工装形式来完成，工装协调部位复杂、定位精度低、装配应力大，空间操作开敞性差，人工操作操作强度大，对飞机机型的变化适应性差。针对飞机数字化装配技术相关设备的趋势发展来配套。开发一种飞机主起交点框数字化安装型架相关技术来配合国内飞机数字化装配技术已势在必行。 

本发明针对以上需求，提出了一种飞机主起交点框数字化定位装置及安装方法，采用数字化定位方式，有效的解决了传统工装的不足之处，定位精度高、装配效率高、空间开敞性好；对飞机机型的变化适应性好；有利其它作业，最关键的是实现少应力或无应力装配，大大提高了飞机的使用寿命；目前该安装型架已经成功运用于国内大飞机装配制造中。在飞机数字化装配领域中具有广泛应用前景。 

专利内容 

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种定位精度高，适应性好，装配效率高的飞机主起交点框数字化定位装置及安装方法。 

飞机主起交点框数字化定位装置包括主起框定位型架和实现数字化定位的凋姿***；主起框定位型架由四个相互独立的第一主起工艺框、第二主起工艺框、第三主起工艺框、第四主起工艺框组成，通过连接梁连接固定；每个主起工艺框均设有上工艺孔和下工艺孔，在上工艺孔内嵌入第一衬套，上工艺孔侧面设有第一接头销轴、第一接头压板、第一快压螺栓；在下工艺孔内嵌入第二衬套，下工艺孔侧面设有第二接头销轴、第二接头压板、第二快压螺栓，在连接梁上设有第一工艺球头座、第二工艺球头座，在第一工艺球头座、第二工艺球头座上分别设有工艺球头。 

用于飞机主起交点框数字化定位方法的步骤如下： 

1）将主起框定位型架采用吊装形式，通过设置在第一工艺球头座和第二工艺球头座上的工艺球头与调姿***形成球铰支撑连接； 

2）通过激光跟踪仪测量第一主起工艺框上工艺孔、下工艺孔在坐标系下的坐标值； 

3）根据测量坐标值与飞机第一主起交点框交点孔的理论坐标相比较，并计算相应调姿***的调姿路径； 

4）调姿***根据调姿路径实现数字化定位，使第一主起工艺框上工艺孔、下工艺孔坐标与飞机第一主起交点框上、下交点孔的理论坐标相重合； 

5）安装飞机第一主起交点框，通过第一主起工艺框上工艺孔、下工艺孔与飞机第一主起交点框上、下交点孔配合定位； 

6）通过设置在上工艺孔侧面的第一接头压板、第一快压螺栓和设置在下工艺孔侧面的第二接头压板、第二快压螺栓将飞机第一主起交点框与第一主起工艺框固定； 

7）通过连接件使飞机第一主起交点框与壁板连接固定； 

8）飞机第一主起交点框安装完成，拆卸与交点孔相配合的上工艺孔侧面的第一接头压板、第一快压螺栓和设置在下工艺孔侧面的第二接头压板、第二快压螺栓； 

9）重复上述步骤2)~步骤8)分别对第二主起工艺框、第三主起工艺框、第四主起工艺框上工艺孔、下工艺孔坐标测量和定位，依次实现飞机第二主起交点框、第三主起交点框、第四主起交点框的数字化定位和安装； 

10）将主起框定位型架吊离，四个主起交点框全部安装完成。 

本发明与现有技术相比具有的有益效果： 

1）采用一套安装型架，就可实现飞机四个不同位置的主起交点框数字化定位、安装； 

2）安装型架通过一组调姿器单元进行姿态调整和定位，效率高、工装成本低、开敞性好； 

4）安装型架采用可拆卸结构，现场安装方便，适应性好； 

5）安装型架上制造有用于快速定位和连接主起交点框的上、下工艺孔，上、下工艺孔采用嵌入衬套结构，互换性好，对主起交点粗孔孔径变化（加工余量变化）适应性好，安装方便。 

附图说明

图1是飞机主起交点框数字化定位装置示意图； 

图2是本发明的主起交点安装型架结构示意图； 

图中：第一衬套1、第一接头销轴2、第一接头压板3、第一快压螺栓4、第一主起工艺框5、第二衬套6、第二接头销轴7、第二接头压板8、第二快压螺栓9、连接梁10、第二主起工艺框11、第三主起工艺框12、第四主起工艺框13、第一工艺球头座14、工艺工艺球头15、第二工艺球头座16、激光跟踪仪17、调姿***18、壁板19、飞机第一主起交点框20、飞机第一主起交点框21、飞机第一主起交点框22、飞机第一主起交点框23 

具体实施方式

如1、2所示，飞机主起交点框数字化定位装置包括主起框定位型架和实现数字化定位的凋姿***18；主起框定位型架由四个相互独立的第一主起工艺框5、第二主起工艺框11、第三主起工艺框12、第四主起工艺框13组成，通过连接梁10连接固定；每个主起工艺框均设有上工艺孔和下工艺孔，在上工艺孔内嵌入第一衬套1，上工艺孔侧面设有第一接头销轴2、第一接头压板3、第一快压螺栓4；在下工艺孔内嵌入第二衬套6，下工艺孔侧面设有第二接头销轴7、第二接头压板8、第二快压螺栓9，在连接梁10上设有第一工艺球头座14、第二工艺球头座16，在第一工艺球头座14、第二工艺球头座16上分别设有工艺球头15。 

用于飞机主起交点框数字化定位方法的步骤如下： 

1）将主起框定位型架采用吊装形式，通过设置在第一工艺球头座14和第二工艺球头座16上的工艺球头15与调姿***18形成球铰支撑连接； 

2）通过激光跟踪仪17测量第一主起工艺框5上工艺孔、下工艺孔在坐标系下的坐标值； 

3）根据测量坐标值与飞机第一主起交点框20交点孔的理论坐标相比较，并计算相应调姿***的调姿路径，计算过程如下； 

（1）建立第一主起工艺框20在三维空间中可实现6自由度位姿调整参考坐标系O₁X₁Y₁Z₁，同时建立全局参考坐标系OXYZ，并规定其坐标轴方向与***移动方向一致。O₁X₁Y₁Z₁在OXYZ中的位姿可用旋转序列和平移矢量合成的六元组v=(x,y,z,α,β，γ)表示，其中x，y，z为O₁在OXYZ中的坐标，α，β，γ为O₁X₁Y₁Z₁相对OXYZ的RPY角。O₁X₁Y₁Z₁可由OXYZ先绕X轴转α角，绕Y轴转β角，绕Z轴转γ角，然后再沿X轴平移x，沿Y轴平移y，沿Z轴平移z得到； 

（2）设第一主起工艺框20工艺球头球心i(i=1，2，3，4)在OXYZ中的位置 矢量为AP_i=[^AP_i1 ^AP_i2 ^AP_i3]^T，在O₁X₁Y₁Z₁中的位置矢量为^BP_i=[^BP_i1 ^BP_i2 ^BP_i3]^T，那么有 

$P_i^A=R_B^B{}_A{P}_i+P_{\mathrm{BO}}^A---\left(a\right)$

式中：^AP_BO＝[x y z]^T

$R_B^A=\left(\begin{array}{ccc}\mathrm{c\γc\β}& \mathrm{c\γs\βs\α}-\mathrm{s\γc\α}& \mathrm{c\γs\βc\α}+\mathrm{s\γs\α}\\ \mathrm{s\γc\β}& \mathrm{s\γs\βs\α}+\mathrm{c\γc\α}& \mathrm{s\γs\βc\α}-\mathrm{c\γs\α}\\ -\mathrm{s\β}& \mathrm{c\βs\α}& \mathrm{c\βc\α}\end{array}\right)$

其中cα＝cosα，sα＝sinα； 

（3）计算得到第一主起工艺框20在OXYZ下的当前位姿P₀=[x₀ y₀ z₀ α₀ β₀ γ₀]和目标位姿P₁=[x₁ y₁ z₁ α₁ β₁ γ₁]； 

（4）计算当前位置和目标位置的偏差值： 

Delta_XYZ=[delta_x delta_y delta_z]^T        (b) 

式中：delta_x＝x₁-x₀，delta_y＝y₁-y₀，delta_z=z₁-z₀； 

（5）计算当前姿态和目标姿态的偏差值： 

Delta_RPY=[delta_α delta_β delta_γ]^T         (c) 

式中：delta_α＝α₁-α₀，delta_β=β₁-β₀，delta_γ＝γ₁-γ₀； 

（6）规定第一主起工艺框20依次沿X、Y、Z轴平动，使得delta_x=0，delta_y＝0，delta_z=0，再先后绕X、Y、Z轴转动，使得delta_α=0，delta_β=0，delta_γ＝0； 

（7）选用position-time运动模式，指定上述位姿调整在时间t内实现，规划出调姿路径： 

Delta_XYZ(t)={delta_x(t) delta_y(t) delta_z(t)}^T      (d) 

Delta_RPY(t)={delta_α(t) delta_β(t) delta_γ(t)}^T   (e) 

（8）利用逆向运动学求位置反解的方法输出各***驱动轴的空间离散运动轨迹； 

4）调姿***18根据调姿路径实现数字化定位使第一主起工艺框5上工艺孔、下工艺孔坐标与飞机第一主起交点框20上、下交点孔的理论坐标相重合； 

5）安装飞机第一主起交点框20，通过第一主起工艺框5上工艺孔、下工艺孔与飞机第一主起交点框20上、下交点孔配合定位； 

6）通过设置在上工艺孔侧面的第一接头压板3、第一快压螺栓4和设置在下工艺孔侧面的第二接头压板8、第二快压螺栓9将飞机第一主起交点框20与第一主起工艺框5固定； 

7）通过连接件使飞机第一主起交点框20与壁板19连接固定； 

8）飞机第一主起交点框20安装完成，拆卸与交点孔相配合的上工艺孔侧面的第一接头压板3、第一快压螺栓4和设置在下工艺孔侧面的第二接头压板8、第二快压螺栓9； 

9）重复上述步骤2)~步骤8)分别对第二主起工艺框11、第三主起工艺框12第四主起工艺框13上工艺孔、下工艺孔坐标测量和定位，依次实现飞机第二主起交点框21、第三主起交点框22、第四主起交点框23的数字化定位和安装； 

10）将主起框定位型架吊离，四个主起交点框全部安装完成。 

Claims (1)

1.一种飞机主起交点框数字化定位装置的飞机主起交点框数字化定位方法，其特征在于，它的方法步骤如下：

1）将主起框定位型架采用吊装形式，通过设置在第一工艺球头座（14）上的工艺球头（15）和第二工艺球头座（16）上的工艺球头（15）与调姿***（18）形成球铰支撑连接；

2）通过激光跟踪仪（17）测量第一主起工艺框（5）上工艺孔、下工艺孔在坐标系下的坐标值；

3）根据测量坐标值与飞机第一主起交点框（20）交点孔的理论坐标相比较，并计算相应调姿***的调姿路径；

4）调姿***（18）根据调姿路径实现数字化定位，使第一主起工艺框（5）上工艺孔、下工艺孔坐标与飞机第一主起交点框（20）上、下交点孔的理论坐标相重合；

5）安装飞机第一主起交点框（20），通过第一主起工艺框（5）上工艺孔、下工艺孔与飞机第一主起交点框（20）上、下交点孔配合定位；

6）通过设置在上工艺孔侧面的第一接头压板（3）、第一快压螺栓（4）和设置在下工艺孔侧面的第二接头压板（8）、第二快压螺栓（9）将飞机第一主起交点框（20）与第一主起工艺框（5）固定；

7）通过连接件使飞机第一主起交点框（20）与壁板（19）连接固定；

8）飞机第一主起交点框（20）安装完成，拆卸与交点孔相配合的上工艺孔侧面的第一接头压板（3）、第一快压螺栓（4）和设置在下工艺孔侧面的第二接头压板（8）、第二快压螺栓（9）；

9）重复上述步骤2)~ 步骤8)分别对第二主起工艺框（11）、第三主起工艺框 （12）第四主起工艺框（13）上工艺孔、下工艺孔坐标测量和定位，依次实现飞机第二主起交点框（21）、第三主起交点框（22）、第四主起交点框（23）的数字化定位和安装；

10）将主起框定位型架吊离，四个主起交点框全部安装完成；

所述的飞机主起交点框数字化定位装置包括主起框定位型架和实现数字化定位的凋姿***（18）；主起框定位型架由四个相互独立的第一主起工艺框（5）、第二主起工艺框（11）、第三主起工艺框 （12）、第四主起工艺框（13）组成，通过连接梁（10）连接固定；每个主起工艺框均设有上工艺孔和下工艺孔，在上工艺孔内嵌入第一衬套（1），上工艺孔侧面设有第一接头销轴（2）、第一接头压板（3）、第一快压螺栓（4）；在下工艺孔内嵌入第二衬套（6），下工艺孔侧面设有第二接头销轴（7）、第二接头压板（8）、第二快压螺栓（9），在连接梁（10）上设有第一工艺球头座（14）、第二工艺球头座（16），在第一工艺球头座（14）、第二工艺球头座（16）上分别设有工艺球头（15）。