專利名稱：基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)及使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)及使用方法，屬 于自動化裝配領域。
背景技術：
采用傳統(tǒng)的方法安裝發(fā)動機時，發(fā)動機安裝導輪和飛機上相應位置滑槽的對準是 靠人工反復不斷移動一種專門的發(fā)動機車架來實現(xiàn)，對準之后通過人工旋轉手輪將發(fā)動機 推進飛機。該方式安裝精度和工作效率都比較低，不能適應飛機數(shù)字化和自動化裝配的要 求，研制一種基于激光測量、自動化定位和計算機運動控制技術的發(fā)動機調姿和自動化安 裝系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有發(fā)動機安裝過程中存在的對準困難、效率低、安全可靠 性差等問題，結合某型飛機脈動裝配生產(chǎn)線建設，提供一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā) 動機調姿安裝系統(tǒng)及使用方法?；谒膫€數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)由發(fā)動機安裝車、調姿平臺、調 姿定位器組、激光跟蹤儀、發(fā)動機上掛組件組成；調姿定位器組放置在地平面以下，調姿定 位器組上順次設有調姿平臺、發(fā)動機安裝車，激光跟蹤儀放置在地平面上，距調姿平臺距高 3-5米；調姿定位器組由控制柜和四個定位器組成，定位器包括伺服電機、關節(jié)軸承、Z向伸 縮柱、X向滑臺、Y向滑臺、導軌滑塊、絕對光柵尺和定位器底座；每兩個定位器共用一個底 座，控制柜放置在兩個底座之間；Y向滑臺放置在定位器底座上，通過導軌滑塊與定位器底 座構成移動運動副，Y向滑臺上順次設有X向滑臺以及Z向伸縮柱X向滑臺與Y向滑臺通 過導軌滑塊構成移動副；其中，Y向滑臺上的電機安裝在定位器底座上，X向滑臺及Z向伸 縮柱的電機安裝在X向滑臺上，X、Y、Z三個方向均通過高精度滾珠絲杠副傳動以及絕對光 柵尺作位置反饋；Z向伸縮柱頂端設有關節(jié)軸承，定位器通過關節(jié)軸承與調姿平臺相連接； 調姿平臺上設有兩套定位錐孔、導向裝置和止推塊。所述的發(fā)動機安裝車包括車架、前鉸支組件、導軌、傳動鏈、后拖板組件、手輪組 件、萬向腳輪、定位錐組件、導向裝置和直流電機；發(fā)動機安裝車車架底部設有萬向腳輪、 定位錐組件和導向裝置，車架上設有直流電機、前鉸支組件、導軌、傳動鏈、后拖板組件、手 輪組件，直流電機與傳動鏈相連，導軌上設有后拖板組件，后拖板組件上設有右側后支架組 件、左側后支架組件。前鉸支組件與發(fā)動機安裝車為螺栓連接，后拖板組件與發(fā)動機安裝車 之間設置有導軌滑塊組件，使后拖板組件沿發(fā)動機安裝車導軌方向移動。所述的發(fā)動機上掛組件包括輔助吊掛導軌、止退銷和發(fā)動機安裝導輪；所采用的激光跟蹤儀的型號是LTD640 ；基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)的使用方法的步驟如下
1)人工將發(fā)動機安裝車沿調姿平臺上的導向槽推至指定位置，發(fā)動機安裝車下部 的定位錐組件插入調姿平臺上的定位錐孔并鎖緊，調姿定位器組支撐起調姿平臺；2)將發(fā)動機吊裝到發(fā)動機安裝車上，并通過前鉸支組件、左側后支架組件、右側后 支架組件與發(fā)動機安裝車固聯(lián)到一起；3)將發(fā)動機上掛組件的輔助吊掛導軌安裝到機身上，將發(fā)動機安裝導輪安裝到發(fā) 動機上，做好發(fā)動機調姿及安裝的準備工作；4)激光跟蹤儀測量機身以及發(fā)動機上的測量點在現(xiàn)場參考坐標系中的位置，確定 發(fā)動機在現(xiàn)場坐標系下的姿態(tài)；5)計算機主控系統(tǒng)計算發(fā)動機相對機身的位姿，規(guī)劃調姿路徑，生成各數(shù)控定位 器三坐標方向的軌跡；6)主控系統(tǒng)按照所得軌跡，控制調姿定位器組中各個定位器的在X、Y、Z三個方向 的運動，四個定位器協(xié)同運動，完成發(fā)動機的姿態(tài)調整。最終使發(fā)動機姿態(tài)水平，軸線方向 與飛機航向一致，并使發(fā)動機安裝導輪高度與機身上的輔助吊掛導軌高度一致，發(fā)動機調 姿結束；7)主控系統(tǒng)驅動調姿定位器組帶動調姿平臺沿航向接近飛機，將發(fā)動機上的安裝 導輪掛入機身內(nèi)部輔助導軌槽內(nèi)，并在輔助導軌后方鎖上止退銷，防止導輪滑出；松開安裝 車前端固定前鉸支組件關節(jié)螺栓的螺母，調姿平臺微降，使導輪掛住輔助導軌，機身開始承 擔發(fā)動機重量，然后拆除前支架組件；8)人工手搖發(fā)動機安裝車上的手輪，傳動裝置帶動后拖板組件沿安裝車導軌移 動，將發(fā)動機沿機身內(nèi)輔助導軌槽推入機身，人工觀察發(fā)動機表面與機身內(nèi)壁間隙情況，如 果發(fā)動機推進過程順暢則啟動電力驅動裝置，由直流電機驅動前進發(fā)動機自動向前推進；9)發(fā)動機到位后，人工完成發(fā)動機與機身的固接工作，拆除發(fā)動機頂部安裝導輪 和飛機內(nèi)壁輔助安裝導軌，發(fā)動機安裝工作完成；10)通過發(fā)動機安裝車上的電機驅動后拖板組件快速復位，定位器組及調姿平臺 退出、復位，發(fā)動機安裝車撤離。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有有益效果1)在將發(fā)動機推入機身時，通過電磁離合器的通斷，可用人工和自動化對接兩種 模式驅動發(fā)動機前進，安裝效率高、可靠性好；2)本系統(tǒng)的調姿機構由4個定位器組成，每個定位器都由伺服電機驅動，減速器 及滾珠絲杠副傳動，絕對光柵尺做位置反饋，可在X、Y、Z三個方向上實現(xiàn)全閉環(huán)控制，系統(tǒng) 調姿精度高、效率高；3)采用激光跟蹤儀進行姿態(tài)測量，技術成熟，測量精度高；4)調姿定位器組安裝在地平面以下，可通過控制定位器Z向伸縮柱的位置來調整 發(fā)動機調姿平臺的高度，完成發(fā)動機安裝后，定位器組可將調姿平臺降至地平面以下，不影 響其他設備通過；5)調姿平臺上具有導向槽，發(fā)動機安裝車推入時其下部的導向裝置可保證車體與 飛機航向基本一致，方便發(fā)動機安裝車快速定位，導向槽末端設有止推塊，可防止發(fā)動機安 裝車與機身碰撞，發(fā)動機安裝車入位操作過程安全、效率高；6)發(fā)動機調姿平臺上為發(fā)動機安裝車設定了左、右兩個位置，供發(fā)動機安裝車停放，并且有左、右兩套導向滑槽和定位錐孔，可以方便地實現(xiàn)左、右發(fā)動機的安裝。


圖1是基于四個數(shù)控定位器的發(fā)動機調姿平臺及自動化安裝系統(tǒng)結構示意圖；圖2是本發(fā)明的導輪上掛部分局部放大圖；圖3是本發(fā)明的發(fā)動機安裝車結構示意圖；圖4是本發(fā)明的調姿定位器組結構示意圖；圖5是本發(fā)明的調姿平臺結構示意圖；圖6是本發(fā)明主控系統(tǒng)的工作流程圖；圖中地基1、發(fā)動機安裝車2、調姿平臺3、調姿定位器組4、激光跟蹤儀5、機身6、 發(fā)動機上掛組件7、發(fā)動機8、輔助吊掛導軌9、止退銷10、發(fā)動機安裝導輪11、發(fā)動機車架 12、前鉸支組件13、導軌14、傳動鏈15、右側后支架組件16、后拖板組件17、左側后支架組件 18、手輪19、萬向輪20、定位錐21、導向裝置22、定位器23、控制柜M、伺服電機25、關節(jié)軸 承^、Z向伸縮柱27、X向滑臺^、Y向滑臺29、導軌滑塊30、光柵尺31、定位器底座32、定 位錐孔33、導向槽34、止推塊35。
具體實施例方式如圖1、4、5所示，基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)由發(fā)動機安裝 車2、調姿平臺3、調姿定位器組4、激光跟蹤儀5、發(fā)動機上掛組件7組成；調姿定位器組4 放置在地平面以下，調姿定位器組4上順次設有調姿平臺3、發(fā)動機安裝車2，激光跟蹤儀5 放置在地平面上，距調姿平臺3距離3-5米；調姿定位器組4由控制柜M和四個定位器23 組成，定位器包括伺服電機25、關節(jié)軸承7&、τ向伸縮柱27、Χ向滑臺^、Υ向滑臺29、導軌 滑塊30、絕對光柵尺31和定位器底座32 ；每兩個定位器共用一個底座32，控制柜M放置 在兩個底座32之間；Y向滑臺四放置在定位器底座32上，通過導軌滑塊30與定位器底座 32構成移動運動副，Y向滑臺四上順次設有X向滑臺28以及Z向伸縮柱27，X向滑臺28 與Y向滑臺四通過導軌滑塊30構成移動副；其中，Y向滑臺四上的電機安裝在定位器底 座32上，X向滑臺觀及叾向伸縮柱27的電機安裝在X向滑臺四上，X、Y、Z三個方向均通 過高精度滾珠絲杠副傳動以及絕對光柵尺31作位置反饋；Z向伸縮柱27頂端設有關節(jié)軸 承沈，定位器23通過關節(jié)軸承沈與調姿平臺3相連接；調姿平臺3上設有兩套定位錐孔 33、導向裝置34和止推塊35，有兩個工位，可分別在安裝左、右發(fā)動機時使用。所采用的激光跟蹤儀5的型號是LTD640。如圖2所示，所述的發(fā)動機上掛組件7包括輔助吊掛導軌9、止退銷10和發(fā)動機安 裝導輪11。如圖3所示，發(fā)動機安裝車2包括車架12、前鉸支組件13、導軌14、傳動鏈15、后 拖板組件17、手輪組件19、萬向腳輪20、定位錐組件21、導向裝置22和直流電機；發(fā)動機 安裝車車架12底部設有萬向腳輪20、定位錐組件21和導向裝置22，車架12上設有直流電 機、前鉸支組件13、導軌14、傳動鏈15、后拖板組件17、手輪組件19，直流電機與傳動鏈15 相連，導軌14上設有后拖板組件17，后拖板組件17上設有右側后支架組件16、左側后支架 組件18。前鉸支組件13與發(fā)動機安裝車2為螺栓連接，后拖板組件17與發(fā)動機安裝車2
6之間設置有導軌滑塊組件，使后拖板組件17沿發(fā)動機安裝車導軌14方向移動。如圖6所示，主控系統(tǒng)的工作流程為激光測量、發(fā)動機姿態(tài)評價、路徑規(guī)劃、發(fā)動 機調姿、誤差評價、發(fā)動機調姿結束?；谒膫€數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)的使用方法的步驟如下1)人工將發(fā)動機安裝車2沿調姿平臺3上的導向槽34推至指定位置，發(fā)動機安裝 車2下部的定位錐組件21插入調姿平臺上的定位錐孔33并鎖緊，調姿定位器組4支撐起 調姿平臺3 ；2)將發(fā)動機8吊裝到發(fā)動機安裝車2上，并通過前鉸支組件13、左側后支架組件 18、右側后支架組件16與發(fā)動機安裝車2固聯(lián)到一起；3)將發(fā)動機上掛組件7的輔助吊掛導軌9安裝到機身6上，將發(fā)動機安裝導輪11 安裝到發(fā)動機8上，做好發(fā)動機調姿及安裝的準備工作；4)激光跟蹤儀5測量機身6以及發(fā)動機8上的測量點在現(xiàn)場參考坐標系中的位 置，確定發(fā)動機8在現(xiàn)場坐標系下的姿態(tài)；5)計算機主控系統(tǒng)計算發(fā)動機8相對機身6的位姿，規(guī)劃調姿路徑，生成各數(shù)控定 位器三坐標方向的軌跡；6)主控系統(tǒng)按照所得軌跡，控制調姿定位器組4中各個定位器的在X、Y、Z三個方 向的運動，四個定位器23協(xié)同運動，完成發(fā)動機8的姿態(tài)調整。最終使發(fā)動機8姿態(tài)水平， 軸線方向與飛機航向一致，并使發(fā)動機安裝導輪11高度與機身6上的輔助吊掛導軌9高度 一致，發(fā)動機8調姿結束；7)主控系統(tǒng)驅動調姿定位器組4帶動調姿平臺3沿航向接近飛機，將發(fā)動機8上 的安裝導輪11掛入機身內(nèi)部輔助導軌槽9內(nèi)，并在輔助導軌9后方鎖上止退銷10，防止導 輪11滑出；松開安裝車前端固定前鉸支組件13關節(jié)螺栓的螺母，調姿平臺3微降，使導輪 11掛住輔助導軌9，機身6開始承擔發(fā)動機2重量，然后拆除前支架組件13 ；8)人工手搖發(fā)動機安裝車2上的手輪19，傳動裝置帶動后拖板組件17沿安裝車 導軌14移動，將發(fā)動機8沿機身內(nèi)輔助導軌槽9推入機身6，人工觀察發(fā)動機8表面與機身 6內(nèi)壁間隙情況，如果發(fā)動機8推進過程順暢則啟動電力驅動裝置，由直流電機驅動前進發(fā) 動機8自動向前推進；9)發(fā)動機8到位后，人工完成發(fā)動機8與機身6的固接工作，拆除發(fā)動機頂部安裝 導輪11和飛機內(nèi)壁輔助安裝導軌9，發(fā)動機8安裝工作完成；10)通過發(fā)動機安裝車2上的電機驅動后拖板組件17快速復位，定位器組4調姿 平臺3退出、復位，發(fā)動機安裝車2撤離。
權利要求
1.一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由發(fā)動機安 裝車O)、調姿平臺(3)、調姿定位器組G)、激光跟蹤儀(5)、發(fā)動機上掛組件(7)組成；調 姿定位器組(4)放置在地平面以下，調姿定位器組(4)上順次設有調姿平臺(3)、發(fā)動機安 裝車O)，激光跟蹤儀( 放置在地平面上，距調姿平臺(3) 3-5米；調姿定位器組由控 制柜04)和四個定位器組成，定位器包括伺服電機(25)、關節(jié)軸承06)、Z向伸縮柱 (27)、X向滑臺08)、Y向滑臺( )、導軌滑塊(30)、絕對光柵尺(31)和定位器底座(32)； 每兩個定位器共用一個底座(32)，控制柜04)放置在兩個底座(3 之間；Y向滑臺09) 放置在定位器底座(3 上，通過導軌滑塊(30)與定位器底座(3 構成移動運動副，Y向滑 臺09)上順次設有X向滑臺(28)以及Z向伸縮柱07)，X向滑臺08)與Y向滑臺09) 通過導軌滑塊(30)構成移動副；其中，Y向滑臺09)上的電機安裝在定位器底座(32)上， X向滑臺08)及Z向伸縮柱(XT)的電機安裝在X向滑臺09)上，X、Y、Z三個方向均通過 高精度滾珠絲杠副傳動以及絕對光柵尺(31)作位置反饋；Z向伸縮柱(XT)頂端設有關節(jié) 軸承(26)，定位器通過關節(jié)軸承06)與調姿平臺( 相連接；調姿平臺( 上設有 兩套定位錐孔(33)、導向裝置(34)和止推塊(35)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)，其特 征在于所述的發(fā)動機安裝車(2)包括車架(12)、前鉸支組件(13)、導軌(14)、傳動鏈(15)、 后拖板組件(17)、手輪組件(19)、萬向腳輪(20)、定位錐組件(21)、導向裝置0 和直流 電機；發(fā)動機安裝車車架(1 底部設有萬向腳輪00)、定位錐組件和導向裝置02)， 車架(1 上設有直流電機、前鉸支組件(13)、導軌(14)、傳動鏈(15)、后拖板組件(17)、手 輪組件(19)，直流電機與傳動鏈(1 相連，導軌(14)上設有后拖板組件(17)，后拖板組件 (17)上設有右側后支架組件(16)、左側后支架組件(18)。前鉸支組件(1 與發(fā)動機安裝 車( 為螺栓連接，后拖板組件(17)與發(fā)動機安裝車( 之間設置有導軌滑塊組件，使后 拖板組件(17)沿發(fā)動機安裝車導軌(14)方向移動。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)，其特 征在于所述的發(fā)動機上掛組件(7)包括輔助吊掛導軌(9)、止退銷(10)和發(fā)動機安裝導輪 (11)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)，其特 征在于所采用的激光跟蹤儀(5)的型號是LTD640。
5.一種根據(jù)權利要求1所述的基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)的使 用方法，其特征在于它的步驟如下1)人工將發(fā)動機安裝車( 沿調姿平臺C3)上的導向槽(34)推至指定位置，發(fā)動機安 裝車( 下部的定位錐組件插入調姿平臺上的定位錐孔(3 并鎖緊，調姿定位器組 ⑷支撐起調姿平臺⑶；2)將發(fā)動機⑶吊裝到發(fā)動機安裝車⑵上，并通過前鉸支組件(13)、左側后支架組 件(18)、右側后支架組件(16)與發(fā)動機安裝車固聯(lián)到一起；3)將發(fā)動機上掛組件(7)的輔助吊掛導軌(9)安裝到機身(6)上，將發(fā)動機安裝導輪 (11)安裝到發(fā)動機(8)上，做好發(fā)動機調姿及安裝的準備工作；4)激光跟蹤儀( 測量機身(6)以及發(fā)動機(8)上的測量點在現(xiàn)場參考坐標系中的位 置，確定發(fā)動機(8)在現(xiàn)場坐標系下的姿態(tài)；5)計算機主控系統(tǒng)計算發(fā)動機(8)相對機身(6)的位姿，規(guī)劃調姿路徑，生成各數(shù)控定 位器三坐標方向的軌跡；6)主控系統(tǒng)按照所得軌跡，控制調姿定位器組中各個定位器的在X、Y、Z三個方向 的運動，四個定位器協(xié)同運動，完成發(fā)動機(8)的姿態(tài)調整。最終使發(fā)動機(8)姿態(tài) 水平，軸線方向與飛機航向一致，并使發(fā)動機安裝導輪(11)高度與機身(6)上的輔助吊掛 導軌(9)高度一致，發(fā)動機(8)調姿結束；7)主控系統(tǒng)驅動調姿定位器組(4)帶動調姿平臺( 沿航向接近飛機，將發(fā)動機(8) 上的安裝導輪(11)掛入機身內(nèi)部輔助導軌槽(9)內(nèi)，并在輔助導軌(9)后方鎖上止退銷 (10)，防止導輪(11)滑出；松開安裝車前端固定前鉸支組件(1 關節(jié)螺栓的螺母，調姿平 臺(3)微降，使導輪(11)掛住輔助導軌(9)，機身(6)開始承擔發(fā)動機(2)重量，然后拆除 前支架組件(13)；8)人工手搖發(fā)動機安裝車( 上的手輪(19)，傳動裝置帶動后拖板組件(17)沿安裝 車導軌(14)移動，將發(fā)動機(8)沿機身內(nèi)輔助導軌槽(9)推入機身(6)，人工觀察發(fā)動機 (8)表面與機身(6)內(nèi)壁間隙情況，如果發(fā)動機(8)推進過程順暢則啟動電力驅動裝置，由 直流電機驅動前進發(fā)動機(8)自動向前推進；9)發(fā)動機(8)到位后，人工完成發(fā)動機(8)與機身(6)的固接工作，拆除發(fā)動機頂部安 裝導輪(11)和飛機內(nèi)壁輔助安裝導軌(9)，發(fā)動機(8)安裝工作完成；10)通過發(fā)動機安裝車(2)上的電機驅動后拖板組件(17)快速復位，定位器組⑷及 調姿平臺(3)退出、復位，發(fā)動機安裝車(2)撤離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于四個數(shù)控定位器的飛機發(fā)動機調姿安裝系統(tǒng)及使用方法，系統(tǒng)由發(fā)動機安裝車、調姿平臺、激光跟蹤儀、調姿定位器組、發(fā)動機上掛組件組成。其中，調姿定位器組安裝在地平面以下，定位器Z向伸縮柱頂部通過關節(jié)軸承與調姿平臺連接在一起，發(fā)動機安裝車通過底部的定位錐組件固定在調姿平臺上。本發(fā)明的優(yōu)點在于1)在將發(fā)動機推入機身時，具有人工和自動化對接兩種模式驅動發(fā)動機前進，安裝效率高、可靠性好；2)調姿機構由4個定位器組成，調姿精度高、效率高；3)采用激光跟蹤儀進行姿態(tài)測量，測量精度高；5)調姿平臺上具有導向槽，可防止發(fā)動機安裝車推入時與機身碰撞操作過程安全、效率高。
文檔編號B23P19/10GK102059549SQ201010545378
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2010年11月12日
發(fā)明者方勇, 李江雄, 杜江, 柯映林, 詹建潮, 黃浦縉 申請人:浙江大學