CN102059549B - 基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统及使用方法，系统由发动机安装车、调姿平台、激光跟踪仪、调姿定位器组、发动机上挂组件组成。其中，调姿定位器组安装在地平面以下，定位器Z向伸缩柱顶部通过关节轴承与调姿平台连接在一起，发动机安装车通过底部的定位锥组件固定在调姿平台上。本发明的优点在于：1)在将发动机推入机身时，具有人工和自动化对接两种模式驱动发动机前进，安装效率高、可靠性好；2)调姿机构由4个定位器组成，调姿精度高、效率高；3)采用激光跟踪仪进行姿态测量，测量精度高；5)调姿平台上具有导向槽，可防止发动机安装车推入时与机身碰撞操作过程安全、效率高。

Description

基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统及使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统及使用方法，属于自动化装配领域。

背景技术

采用传统的方法安装发动机时，发动机安装导轮和飞机上相应位置滑槽的对准是靠人工反复不断移动一种专门的发动机车架来实现，对准之后通过人工旋转手轮将发动机推进飞机。该方式安装精度和工作效率都比较低，不能适应飞机数字化和自动化装配的要求，研制一种基于激光测量、自动化定位和计算机运动控制技术的发动机调姿和自动化安装系统具有重要的现实意义和价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有发动机安装过程中存在的对准困难、效率低、安全可靠性差等问题，结合某型飞机脉动装配生产线建设，提供一种基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统及使用方法。

基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统由发动机安装车、调姿平台、调姿定位器组、激光跟踪仪、发动机上挂组件组成；调姿定位器组放置在地平面以下，调姿定位器组上顺次设有调姿平台、发动机安装车，激光跟踪仪放置在地平面上，距调姿平台距高3-5米；调姿定位器组由控制柜和四个定位器组成，定位器包括伺服电机、关节轴承、Z向伸缩柱、X向滑台、Y向滑台、导轨滑块、绝对光栅尺和定位器底座；每两个定位器共用一个底座，控制柜放置在两个底座之间；Y向滑台放置在定位器底座上，通过导轨滑块与定位器底座构成移动运动副，Y向滑台上顺次设有X向滑台以及Z向伸缩柱X向滑台与Y向滑台通过导轨滑块构成移动副；其中，Y向滑台上的电机安装在定位器底座上，X向滑台及Z向伸缩柱的电机安装在X向滑台上，X、Y、Z三个方向均通过高精度滚珠丝杠副传动以及绝对光栅尺作位置反馈；Z向伸缩柱顶端设有关节轴承，定位器通过关节轴承与调姿平台相连接；调姿平台上设有两套定位锥孔、导向装置和止推块。

所述的发动机安装车包括车架、前铰支组件、导轨、传动链、后拖板组件、手轮组件、万向脚轮、定位锥组件、导向装置和直流电机；发动机安装车车架底部设有万向脚轮、定位锥组件和导向装置，车架上设有直流电机、前铰支组件、导轨、传动链、后拖板组件、手轮组件，直流电机与传动链相连，导轨上设有后拖板组件，后拖板组件上设有右侧后支架组件、左侧后支架组件。前铰支组件与发动机安装车为螺栓连接，后拖板组件与发动机安装车之间设置有导轨滑块组件，使后拖板组件沿发动机安装车导轨方向移动。

所述的发动机上挂组件包括辅助吊挂导轨、止退销和发动机安装导轮；

所采用的激光跟踪仪的型号是LTD640；

基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统的使用方法的步骤如下：

1)人工将发动机安装车沿调姿平台上的导向槽推至指定位置，发动机安装车下部的定位锥组件插入调姿平台上的定位锥孔并锁紧，调姿定位器组支撑起调姿平台；

2)将发动机吊装到发动机安装车上，并通过前铰支组件、左侧后支架组件、右侧后支架组件与发动机安装车固联到一起；

3)将发动机上挂组件的辅助吊挂导轨安装到机身上，将发动机安装导轮安装到发动机上，做好发动机调姿及安装的准备工作；

4)激光跟踪仪测量机身以及发动机上的测量点在现场参考坐标系中的位置，确定发动机在现场坐标系下的姿态；

5)计算机主控系统计算发动机相对机身的位姿，规划调姿路径，生成各数控定位器三坐标方向的轨迹；

6)主控系统按照所得轨迹，控制调姿定位器组中各个定位器的在X、Y、Z三个方向的运动，四个定位器协同运动，完成发动机的姿态调整。最终使发动机姿态水平，轴线方向与飞机航向一致，并使发动机安装导轮高度与机身上的辅助吊挂导轨高度一致，发动机调姿结束；

7)主控系统驱动调姿定位器组带动调姿平台沿航向接近飞机，将发动机上的安装导轮挂入机身内部辅助导轨槽内，并在辅助导轨后方锁上止退销，防止导轮滑出；松开安装车前端固定前铰支组件关节螺栓的螺母，调姿平台微降，使导轮挂住辅助导轨，机身开始承担发动机重量，然后拆除前支架组件；

8)人工手摇发动机安装车上的手轮，传动装置带动后拖板组件沿安装车导轨移动，将发动机沿机身内辅助导轨槽推入机身，人工观察发动机表面与机身内壁间隙情况，如果发动机推进过程顺畅则启动电力驱动装置，由直流电机驱动前进发动机自动向前推进；

9)发动机到位后，人工完成发动机与机身的固接工作，拆除发动机顶部安装导轮和飞机内壁辅助安装导轨，发动机安装工作完成；

10)通过发动机安装车上的电机驱动后拖板组件快速复位，定位器组及调姿平台退出、复位，发动机安装车撤离。

本发明与现有技术相比具有有益效果：

1)在将发动机推入机身时，通过电磁离合器的通断，可用人工和自动化对接两种模式驱动发动机前进，安装效率高、可靠性好；

2)本系统的调姿机构由4个定位器组成，每个定位器都由伺服电机驱动，减速器及滚珠丝杠副传动，绝对光栅尺做位置反馈，可在X、Y、Z三个方向上实现全闭环控制，系统调姿精度高、效率高；

3)采用激光跟踪仪进行姿态测量，技术成熟，测量精度高；

4)调姿定位器组安装在地平面以下，可通过控制定位器Z向伸缩柱的位置来调整发动机调姿平台的高度，完成发动机安装后，定位器组可将调姿平台降至地平面以下，不影响其他设备通过；

5)调姿平台上具有导向槽，发动机安装车推入时其下部的导向装置可保证车体与飞机航向基本一致，方便发动机安装车快速定位，导向槽末端设有止推块，可防止发动机安装车与机身碰撞，发动机安装车入位操作过程安全、效率高；

6)发动机调姿平台上为发动机安装车设定了左、右两个位置，供发动机安装车停放，并且有左、右两套导向滑槽和定位锥孔，可以方便地实现左、右发动机的安装。

附图说明

图1是基于四个数控定位器的发动机调姿平台及自动化安装系统结构示意图；

图2是本发明的导轮上挂部分局部放大图；

图3是本发明的发动机安装车结构示意图；

图4是本发明的调姿定位器组结构示意图；

图5是本发明的调姿平台结构示意图；

图6是本发明主控系统的工作流程图；

图中：地基1、发动机安装车2、调姿平台3、调姿定位器组4、激光跟踪仪5、机身6、发动机上挂组件7、发动机8、辅助吊挂导轨9、止退销10、发动机安装导轮11、发动机车架12、前铰支组件13、导轨14、传动链15、右侧后支架组件16、后拖板组件17、左侧后支架组件18、手轮19、万向轮20、定位锥21、导向装置22、定位器23、控制柜24、伺服电机25、关节轴承26、Z向伸缩柱27、X向滑台28、Y向滑台29、导轨滑块30、光栅尺31、定位器底座32、定位锥孔33、导向槽34、止推块35。

具体实施方式

如图1、4、5所示，基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统由发动机安装车2、调姿平台3、调姿定位器组4、激光跟踪仪5、发动机上挂组件7组成；调姿定位器组4放置在地平面以下，调姿定位器组4上顺次设有调姿平台3、发动机安装车2，激光跟踪仪5放置在地平面上，距调姿平台3距离3-5米；调姿定位器组4由控制柜24和四个定位器23组成，定位器包括伺服电机25、关节轴承26、Z向伸缩柱27、X向滑台28、Y向滑台29、导轨滑块30、绝对光栅尺31和定位器底座32；每两个定位器共用一个底座32，控制柜24放置在两个底座32之间；Y向滑台29放置在定位器底座32上，通过导轨滑块30与定位器底座32构成移动运动副，Y向滑台29上顺次设有X向滑台28以及Z向伸缩柱27，X向滑台28与Y向滑台29通过导轨滑块30构成移动副；其中，Y向滑台29上的电机安装在定位器底座32上，X向滑台28及Z向伸缩柱27的电机安装在X向滑台29上，X、Y、Z三个方向均通过高精度滚珠丝杠副传动以及绝对光栅尺31作位置反馈；Z向伸缩柱27顶端设有关节轴承26，定位器23通过关节轴承26与调姿平台3相连接；调姿平台3上设有两套定位锥孔33、导向装置34和止推块35，有两个工位，可分别在安装左、右发动机时使用。

所采用的激光跟踪仪5的型号是LTD640。

如图2所示，所述的发动机上挂组件7包括辅助吊挂导轨9、止退销10和发动机安装导轮11。

如图3所示，发动机安装车2包括车架12、前铰支组件13、导轨14、传动链15、后拖板组件17、手轮组件19、万向脚轮20、定位锥组件21、导向装置22和直流电机；发动机安装车车架12底部设有万向脚轮20、定位锥组件21和导向装置22，车架12上设有直流电机、前铰支组件13、导轨14、传动链15、后拖板组件17、手轮组件19，直流电机与传动链15相连，导轨14上设有后拖板组件17，后拖板组件17上设有右侧后支架组件16、左侧后支架组件18。前铰支组件13与发动机安装车2为螺栓连接，后拖板组件17与发动机安装车2之间设置有导轨滑块组件，使后拖板组件17沿发动机安装车导轨14方向移动。

如图6所示，主控系统的工作流程为激光测量、发动机姿态评价、路径规划、发动机调姿、误差评价、发动机调姿结束。

基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统的使用方法的步骤如下：

1)人工将发动机安装车2沿调姿平台3上的导向槽34推至指定位置，发动机安装车2下部的定位锥组件21插入调姿平台上的定位锥孔33并锁紧，调姿定位器组4支撑起调姿平台3；

2)将发动机8吊装到发动机安装车2上，并通过前铰支组件13、左侧后支架组件18、右侧后支架组件16与发动机安装车2固联到一起；

3)将发动机上挂组件7的辅助吊挂导轨9安装到机身6上，将发动机安装导轮11安装到发动机8上，做好发动机调姿及安装的准备工作；

4)激光跟踪仪5测量机身6以及发动机8上的测量点在现场参考坐标系中的位置，确定发动机8在现场坐标系下的姿态；

5)计算机主控系统计算发动机8相对机身6的位姿，规划调姿路径，生成各数控定位器三坐标方向的轨迹；

6)主控系统按照所得轨迹，控制调姿定位器组4中各个定位器的在X、Y、Z三个方向的运动，四个定位器23协同运动，完成发动机8的姿态调整。最终使发动机8姿态水平，轴线方向与飞机航向一致，并使发动机安装导轮11高度与机身6上的辅助吊挂导轨9高度一致，发动机8调姿结束；

7)主控系统驱动调姿定位器组4带动调姿平台3沿航向接近飞机，将发动机8上的安装导轮11挂入机身内部辅助导轨槽9内，并在辅助导轨9后方锁上止退销10，防止导轮11滑出；松开安装车前端固定前铰支组件13关节螺栓的螺母，调姿平台3微降，使导轮11挂住辅助导轨9，机身6开始承担发动机2重量，然后拆除前支架组件13；

8)人工手摇发动机安装车2上的手轮19，传动装置带动后拖板组件17沿安装车导轨14移动，将发动机8沿机身内辅助导轨槽9推入机身6，人工观察发动机8表面与机身6内壁间隙情况，如果发动机8推进过程顺畅则启动电力驱动装置，由直流电机驱动前进发动机8自动向前推进；

9)发动机8到位后，人工完成发动机8与机身6的固接工作，拆除发动机顶部安装导轮11和飞机内壁辅助安装导轨9，发动机8安装工作完成；

10)通过发动机安装车2上的电机驱动后拖板组件17快速复位，定位器组4调姿平台3退出、复位，发动机安装车2撤离。

Claims (3)

1.一种基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统，其特征在于系统由发动机安装车(2)、调姿平台(3)、调姿定位器组(4)、激光跟踪仪(5)、发动机上挂组件(7)组成；调姿定位器组(4)放置在地平面以下，调姿定位器组(4)上顺次设有调姿平台(3)、发动机安装车(2)，激光跟踪仪(5)放置在地平面上，距调姿平台(3)3-5米；调姿定位器组(4)由控制柜(24)和四个定位器(23)组成，定位器包括伺服电机(25)、关节轴承(26)、Z向伸缩柱(27)、X向滑台(28)、Y向滑台(29)、导轨滑块(30)、绝对光栅尺(31)和定位器底座(32)；每两个定位器共用一个底座(32)，控制柜(24)放置在两个底座(32)之间；Y向滑台(29)放置在定位器底座(32)上，通过导轨滑块(30)与定位器底座(32)构成移动运动副，Y向滑台(29)上顺次设有X向滑台(28)以及Z向伸缩柱(27)，X向滑台(28)与Y向滑台(29)通过导轨滑块(30)构成移动副；其中，Y向滑台(29)上的电机安装在定位器底座(32)上，X向滑台(28)及Z向伸缩柱(27)的电机安装在X向滑台(29)上，X、Y、Z三个方向均通过高精度滚珠丝杠副传动以及绝对光栅尺(31)作位置反馈；Z向伸缩柱(27)顶端设有关节轴承(26)，定位器(23)通过关节轴承(26)与调姿平台(3)相连接；调姿平台(3)上设有两套定位锥孔(33)、导向装置(34)和止推块(35)；

所述的发动机安装车(2)包括车架(12)、前铰支组件(13)、导轨(14)、传动链(15)、后拖板组件(17)、手轮组件(19)、万向脚轮(20)、定位锥组件(21)、导向装置(22)和直流电机；发动机安装车车架(12)底部设有万向脚轮(20)、定位锥组件(21)和导向装置(22)，车架(12)上设有直流电机、前铰支组件(13)、导轨(14)、传动链(15)、后拖板组件(17)、手轮组件(19)，直流电机与传动链(15)相连，导轨(14)上设有后拖板组件(17)，后拖板组件(17)上设有右侧后支架组件(16)、左侧后支架组件(18)，前铰支组件(13)与发动机安装车(2)为螺栓连接，后拖板组件(17)与发动机安装车(2)之间设置有导轨滑块组件，使后拖板组件(17)沿发动机安装车导轨(14)方向移动；所述的发动机上挂组件(7)包括辅助吊挂导轨(9)、止退销(10)和发动机安装导轮(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统，其特征在于所采用的激光跟踪仪(5)的型号是LTD640；

3.一种根据权利要求1所述的基于四个数控定位器的飞机发动机调姿安装系统的使用方法，其特征在于它的步骤如下：

1)人工将发动机安装车(2)沿调姿平台(3)上的导向槽(34)推至指定位置，发动机安装车(2)下部的定位锥组件(21)插入调姿平台上的定位锥孔(33)并锁紧，调姿定位器组(4)支撑起调姿平台(3)；

2)将发动机(8)吊装到发动机安装车(2)上，并通过前铰支组件(13)、左侧后支架组件(18)、右侧后支架组件(16)与发动机安装车(2)固联到一起；

3)将发动机上挂组件(7)的辅助吊挂导轨(9)安装到机身(6)上，将发动机安装导轮(11)安装到发动机(8)上，做好发动机调姿及安装的准备工作；

4)激光跟踪仪(5)测量机身(6)以及发动机(8)上的测量点在现场参考坐标系中的位置，确定发动机(8)在现场坐标系下的姿态；

5)计算机主控系统计算发动机(8)相对机身(6)的位姿，规划调姿路径，生成各数控定位器三坐标方向的轨迹；

6)主控系统按照所得轨迹，控制调姿定位器组(4)中各个定位器的在X、Y、Z三个方向的运动，四个定位器(23)协同运动，完成发动机(8)的姿态调整，最终使发动机(8)姿态水平，轴线方向与飞机航向一致，并使发动机安装导轮(11)高度与机身(6)上的辅助吊挂导轨(9)高度一致，发动机(8)调姿结束；

7)主控系统驱动调姿定位器组(4)带动调姿平台(3)沿航向接近飞机，将发动机(8)上的安装导轮(11)挂入机身内部辅助导轨槽(9)内，并在辅助导轨(9)后方锁上止退销(10)，防止导轮(11)滑出；松开安装车前端固定前铰支组件(13)关节螺栓的螺母，调姿平台(3)微降，使导轮(11)挂住辅助导轨(9)，机身(6)开始承担发动机(2)重量，然后拆除前支架组件(13)；

8)人工手摇发动机安装车(2)上的手轮(19)，传动装置带动后拖板组件(17)沿安装车导轨(14)移动，将发动机(8)沿机身内辅助导轨槽(9)推入机身(6)，人工观察发动机(8)表面与机身(6)内壁间隙情况，如果发动机(8)推进过程顺畅则启动电力驱动装置，由直流电机驱动前进发动机(8)自动向前推进；

9)发动机(8)到位后，人工完成发动机(8)与机身(6)的固接工作，拆除发动机顶部安装导轮(11)和飞机内壁辅助安装导轨(9)，发动机(8)安装工作完成；

10)通过发动机安装车(2)上的电机驱动后拖板组件(17)快速复位，定位器组(4)及调姿平台(3)退出、复位，发动机安装车(2)撤离。

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