本申請涉及空間三角坐標調節(jié)及鎖緊機構、真空吸附裝置、膨脹張緊機構的組合運用，適用于諸如飛機復材壁板等具有復雜曲面外形工件的法向柔性精確定位和吸附。

背景技術：

在飛機部裝、總裝生產(chǎn)線上，經(jīng)常需要工裝定位器對飛機復雜曲面工件的法向進行精確定位和固定，以滿足飛機裝配技術要求。

1.傳統(tǒng)工裝常采用法向不可調整的剛性定位器形式，法向調整一般通過搭設專用調整支架或者專用螺紋頂絲等方式實現(xiàn)，法向調整到位后，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，法向調節(jié)效率低，工裝研制成本高。

2.傳統(tǒng)飛機壁板為金屬壁板，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行連接，通過定位器的協(xié)同運動，對飛機壁板進行位姿調姿。相比金屬壁板而言，復材壁板具有越來越明顯的性能優(yōu)勢，特別在飛機減重設計方面，復材的大量應用是飛機發(fā)展的一個重要方向。由于復材大多經(jīng)過鋪絲、鋪帶，進熱壓罐膠合而成，復材上沒有現(xiàn)成的孔位,如果現(xiàn)制孔位，將對復材質量造成影響，因此，飛機復材壁板如何與工裝定位器建立連接關系，是亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本申請?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角調節(jié)模塊、b角調節(jié)模塊、c角調節(jié)模塊、張緊器、真空裝置、吸盤；a角調節(jié)模塊、b角調節(jié)模塊、c角調節(jié)模塊兩兩垂直且相互獨立；a角調節(jié)模塊的底面與平板狀法蘭座連接固定，a角調節(jié)模塊設置有一對轉動支軸和一根鎖緊桿，b角調節(jié)模塊含有連接端和運動端，在連接端上設置有一對支孔和一對180°圓弧槽軌道，支孔與a角調節(jié)模塊上的支軸與進行孔軸配合，形成a角轉動副，a角調節(jié)模塊上的鎖緊桿穿越b角調節(jié)模塊上連接端的圓弧槽軌道，實現(xiàn)a角轉動的鎖緊與松開；在b角調節(jié)模塊的運動端上設置有一對轉動支軸和一根鎖緊桿，在c角調節(jié)模塊上設置有一對支孔和一對180°圓弧槽軌道，b角調節(jié)模塊的運動端上的一對轉動支軸與c角調節(jié)模塊上的一對支孔進行孔軸配合，形成b角轉動副，b角調節(jié)模塊的運動端上的一根調節(jié)b角鎖緊桿穿越c角調節(jié)模塊圓弧槽軌道，實現(xiàn)b角轉動的鎖緊與松開；c角調節(jié)模塊的底端面設置有圓環(huán)狀母頭，張緊器是一個兩端都帶有圓環(huán)脹體，中間設置內六角孔便于安裝真空裝置；c角調節(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)公頭進行孔軸配合，形成c角轉動副，通過改變張緊器上的圓環(huán)脹體的外徑，實現(xiàn)c角轉動的鎖緊與松開；a角調節(jié)模塊和b角調節(jié)模塊中的一對轉動支軸要求同軸，其共同軸線與鎖緊桿的中心線平行；b角調節(jié)模塊和c角調節(jié)模塊中的一對支孔要求同軸，其共同軸線也應與一對180°圓弧槽軌道的中心線平行；a、b、c三個角度調節(jié)模塊同時調節(jié)，得到空間任意法向角；張緊器上另一端的圓環(huán)脹體與帶有內孔法蘭面的吸盤進行孔軸配合，實現(xiàn)吸盤的脹緊與松開；真空裝置是一個外六角柱體的真空發(fā)生裝置，通過插入張緊器5中間內六角孔，并用備緊螺栓14進行頂緊，實現(xiàn)真空裝置在張緊器的安裝。

張緊器由兩個帶開口的圓環(huán)脹體、備緊螺栓、實心長方體、帶槽口的長方塊、推動螺栓、手柄組成，實心長方體和帶槽口的長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中間帶有間隙的整體，備緊螺栓和推動螺栓旋入實心長方體的螺孔中固定，通過扳動手柄帶動凸輪曲面的變化，使圓環(huán)脹體的外徑變化，從而實現(xiàn)張緊器在其它插入結構中的張緊安裝。

吸盤是一個圓柱體，圓柱體的上端面刻有類似打靶靶標上的溝槽，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)生真空負壓以便與工件產(chǎn)生吸附力；圓柱體的下端面是一個方形的下陷，與張緊器的方形外輪廓配合，對吸盤起定位作用；外圓柱面是基于激光可采集精確點位的加工曲面，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位；

3用激光跟蹤儀對法向柔性定位吸附裝置中吸盤的外圓柱面進行ots實時掃描和運算，并擬合出吸盤的中心線，與目標法線進行比對，找出需要調節(jié)的各個方向的角度；

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

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

6真空裝置的進氣接頭與外氣源接通，啟動真空發(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?zhí)峁┝艘环N三角自由度均可調節(jié)、可鎖緊，能與復雜曲面外形工件建立穩(wěn)固吸附關系的柔性定位裝置及定位吸附方法，可以快速實現(xiàn)曲面工件法向的調節(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。

以下結合實施例附圖對本申請做進一步詳細描述：

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角調節(jié)模塊2示意圖

圖4是b角調節(jié)模塊3示意圖

圖5是c角調節(jié)模塊4示意圖

圖6是張緊器5軸側示意圖

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用示意圖

圖中編號說明：1法蘭座、2a角調節(jié)模塊、3b角調節(jié)模塊、4c角調節(jié)模塊、5張緊器、6真空裝置、7吸盤、8轉動支軸、9可調節(jié)松緊的桿、10一對同心孔、11一對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實心長方體、16帶槽口的長方塊、17推動螺栓、18帶凸輪的手柄、19凸輪曲面、20進氣接頭、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角調節(jié)模塊2、b角調節(jié)模塊3、c角調節(jié)模塊4、張緊器5、真空裝置6、吸盤7；所述a角調節(jié)模塊2的底面與平板狀法蘭座1連接固定，a角調節(jié)模塊2設置有一對轉動支軸8和一根鎖緊桿9，b角調節(jié)模塊3含有連接端和運動端，在連接端上設置有一對支孔10和一對180°圓弧槽軌道11，支孔10與a角調節(jié)模塊2上的支軸8與進行孔軸配合，形成a角轉動副，a角調節(jié)模塊2上的鎖緊桿9穿越b角調節(jié)模塊3上連接端的圓弧槽軌道11，實現(xiàn)a角轉動的鎖緊與松開；在b角調節(jié)模塊3的運動端上設置有一對轉動支軸8和一根鎖緊桿9，在c角調節(jié)模塊4上設置有一對支孔10和一對180°圓弧槽軌道11，b角調節(jié)模塊3的運動端上的一對轉動支軸8與c角調節(jié)模塊4上的一對支孔10進行孔軸配合，形成b角轉動副，b角調節(jié)模塊3的運動端上的一根調節(jié)b角鎖緊桿9穿越c角調節(jié)模塊4圓弧槽軌道11，實現(xiàn)b角轉動的鎖緊與松開；c角調節(jié)模塊4的底端面設置有圓環(huán)狀母頭12，張緊器5是一個兩端都帶有圓環(huán)脹體13，中間設置內六角孔便于安裝真空裝置6；c角調節(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進行孔軸配合，形成c角轉動副，通過改變張緊器5上的圓環(huán)脹體13的外徑，實現(xiàn)c角轉動的鎖緊與松開；張緊器5上另一端的圓環(huán)脹體13與帶有內孔法蘭面的吸盤7進行孔軸配合，實現(xiàn)吸盤7的脹緊與松開；真空裝置6是一個外六角柱體的真空發(fā)生裝置，通過插入張緊器5中間內六角孔，并用備緊螺栓14進行頂緊，實現(xiàn)真空裝置6在張緊器5的安裝。

參見附圖3，a角調節(jié)模塊2設置有一對轉動支軸8和一根鎖緊桿9,在制造過程中,一對轉動支軸8要求同軸，其共同軸線也應與鎖緊桿9的中心線平行，a角調節(jié)范圍為-90°～+90°，在實際應用中，可以根據(jù)實際需要調整a角的調節(jié)范圍。

參見附圖4，b角調節(jié)模塊3含有連接端和運動端，在連接端上設置有一對支孔10和一對180°圓弧槽軌道11，在運動端上設置有一對轉動支軸8和一根鎖緊桿9。在制造過程中，一對支孔10要求同軸，其共同軸線也應與一對180°圓弧槽軌道11的中心線平行，一對轉動支軸8要求同軸，其共同軸線也應與鎖緊桿9的中心線平行，b角調節(jié)范圍為-90°～+90°，在實際應用中，可以根據(jù)實際需要調整b角的調節(jié)范圍。

a角調節(jié)模塊2與b角調節(jié)模塊3的連接安裝方法為：b角調節(jié)模塊3上支孔10與a角調節(jié)模塊2上的支軸8與進行孔軸配合，形成a角轉動副，a角調節(jié)模塊2上的鎖緊桿9穿越b角調節(jié)模塊3上連接端的圓弧槽軌道11，實現(xiàn)a角轉動的鎖緊與松開；b角調節(jié)模塊3的運動端上的一對轉動支軸8與c角調節(jié)模塊4上的一對支孔10進行孔軸配合，形成b角轉動副，b角調節(jié)模塊3的運動端上的一根調節(jié)b角鎖緊桿9穿越c角調節(jié)模塊4圓弧槽軌道11，實現(xiàn)b角轉動的鎖緊與松開。

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

b角調節(jié)模塊3與c角調節(jié)模塊4的連接安裝方法為：b角調節(jié)模塊3上的一對轉動支軸8與c角調節(jié)模塊4上的一對支孔10進行孔軸配合，形成b角轉動副，b角調節(jié)模塊3的運動端上的一根調節(jié)b角鎖緊桿9穿越c角調節(jié)模塊4圓弧槽軌道11，實現(xiàn)b角轉動的鎖緊與松開。

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

張緊器5與c角調節(jié)模塊4的連接安裝方法為：c角調節(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進行孔軸配合，形成c角轉動副，通過改變張緊器5上的圓環(huán)脹體13的外徑，實現(xiàn)c角轉動的鎖緊與松開。

參見圖8，吸盤7是一個圓柱體，圓柱體的上端面刻有類似打靶靶標上的溝槽，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)生真空負壓以便與工件產(chǎn)生吸附力。圓柱體的下端面是一個方形的下陷。吸盤7的外圓柱面是基于激光可采集精確點位的加工曲面，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，實現(xiàn)吸盤7的張緊與松開。

參見圖9，真空裝置6含有進氣接頭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中間內六角孔，并用備緊螺栓14進行頂緊，實現(xiàn)真空裝置6在張緊器5的安裝。

制造和安裝時,要求三個角度調節(jié)模塊兩兩垂直，相互獨立，垂直精度越高，角度調節(jié)的針對性就越強，調節(jié)到位的時間就越短，通過三角自由度調節(jié)器的調整，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角三個角度調節(jié)模塊都有獨立的鎖緊裝置，鎖緊或松開互補影響。

使用法向柔性定位吸附裝置對復雜曲面工件進行定位吸附的方法，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外圓柱面上的點位。

3、用激光跟蹤儀對法向柔性定位吸附裝置中吸盤7的外圓柱面進行ots實時掃描和運算，并擬合出吸盤7的中心線，與目標法線進行比對，找出需要調節(jié)的各個方向的角度。

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

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

6、真空裝置6的進氣接頭20與外氣源接通，啟動真空發(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。