飞机蒙皮涂层打磨装置及打磨方法与流程
本发明涉及航空工程，尤其涉及飞机蒙皮涂层打磨装置及打磨方法。
背景技术：
1、飞机在空中高速飞行时，空气中的尘埃雨滴等都变得硬如铁砂皮般在飞机机身上摩擦，能够产生很高的热量，如此差的作业环境使飞机机身上的蒙皮容易收缩变形、加速老化，适航性能差，因此需要在蒙皮上喷涂涂层作为保护。通常会选用聚氨酯和环氧树脂材料作为涂层材料，飞机蒙皮涂层的性能直接影响着飞机蒙皮的性能，所以必须保证喷涂打磨后的涂层具有表面一致性和良好的粗糙度要求。
2、目前，飞机蒙皮涂层的打磨主要还是由人工打磨来完成，打磨效率比较低，表面加工质量难以控制，工作环境差，极大的影响作业人员的身心健康。机床打磨效率高，但结构复杂、离线编程过程复杂，但可拓展性很差，并且专业的机床价格昂贵，维护成本高。
3、公开号为c103878666a的中国发明专利(一种自由曲面机器人打磨系统)，该专利提出了一种用机器人进行曲面打磨概念，通过离线编程生成机器人的磨抛轨迹，通过气动柔性气缸补偿离线编程规划的轨迹与工件实际位置的偏差。采用柔性气缸的方式，结构复杂，维护成本高，离线编程过程复杂，且对于柔性的工作现场，限制了离线编程使用。申请号为cn106799738a的中国发明专利提出了一种不需要提前离线编程的打磨方式，打磨轨迹边界采用电脑设定或通过视觉系统等方式给定，引起设备采购、维护成本大幅提高，同时对操作人员素质要求高。
4、因此，亟需一种飞机蒙皮涂层打磨装置及打磨方法来解决现有技术中的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供飞机蒙皮涂层打磨装置，能够降低工人的劳动强度，改善工作环境，减少加工成本，提高加工型面质量稳定性和一致性。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、飞机蒙皮涂层打磨装置，包括：
4、工作台，所述工作台上设置有夹具，所述夹具用于固定工件；
5、工业机器人，包括底座和六轴机械臂，所述六轴机械臂一端设置于所述底座上；
6、打磨机构，包括打磨头和力采集模块，所述力采集模块设置于所述六轴机械臂的输出端上，所述打磨头与所述力采集模块连接，所述力采集模块被配置为采集所述打磨头与所述工件的接触压力；
7、视觉机构，与所述六轴机械臂的输出端连接，所述视觉机构被配置为测量打磨后的所述工件涂层厚度；
8、控制机构，包括上位机和控制器，所述控制器与所述上位机通讯连接，所述工业机器人、所述打磨机构和所述视觉机构均与所述控制器通讯连接，所述上位机被配置为规划预设加工轨迹，并将所述预设加工轨迹传输给所述控制器，所述控制器被配置为使所述六轴机械臂的输出端按所述预设加工轨迹移动。
9、可选地，所述力采集模块包括第一连接法兰、力传感器和恒力执行器，所述第一连接法兰与所述六轴机械臂的输出端连接，所述力传感器一端与所述第一连接法兰连接，另一端与所述恒力执行器连接，所述打磨头通过固定组件固定于所述恒力执行器的远离所述力传感器的一端上。
10、可选地，所述固定组件包括第一固定板、第二固定板、第一夹板和第二夹板，所述第一固定板与所述恒力执行器的输出端连接，所述第二固定板垂直设置于所述第一固定板上，所述第一夹板和所述第二夹板上分别设置有第一弧形槽和第二弧形槽，所述第一夹板垂直设置于所述第二固定板上，所述第二夹板与所述第一夹板连接，所述第一弧形槽和所述第二弧形槽共同围设形成限位空间，至少部分所述打磨头限位于所述限位空间内。
11、可选地，所述视觉机构包括第二连接法兰、支撑板和激光轮廓仪，所述第二连接法兰的一个端面与所述力传感器连接，另一个端面与所述恒力执行器连接，所述支撑板一端与所述第二连接法兰连接，另一端与所述激光轮廓仪连接。
12、可选地，所述飞机蒙皮涂层打磨装置还包括除尘机构，所述除尘机构包括除尘风机、除尘口和集灰斗，所述除尘口通过除尘管道与所述除尘风机连通，所述除尘风机被配置为将打磨产生的粉尘收集到所述集灰斗。
13、本发明的目的在于提供飞机蒙皮涂层打磨方法，保证了合理的打磨压力和恒力加工，实现了工件去除量的均匀性和一致性，提高了工件的加工质量。
14、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
15、飞机蒙皮涂层打磨方法，采用上述的飞机蒙皮涂层打磨装置，所述飞机蒙皮涂层打磨方法包括：
16、s100、将打磨机构安装在工业机器人的六轴机械臂的输出端上，并在所述工业机器人的基坐标下对所述打磨机构的打磨头的坐标进行标定统一；
17、s200、将工件安装在工作台上，在所述工业机器人的基坐标下对所述工件的坐标进行标定统一；
18、s300、将工件的三维模型导入到上位机中，所述上位机生成预设加工轨迹，并将所述预设加工轨迹导入到所述控制器中，所述控制器控制所述工业机器人按照所述预设加工轨迹对所述工件进行打磨；
19、s400、力采集模块实时测量所述打磨头与所述工件的接触压力，所述上位机根据所述力采集模块检测的结果，调整所述打磨头的姿态和位置，以使所述打磨头与所述工件接触压力恒定。
20、可选地，步骤s300还包括：
21、s310、所述打磨头打磨所述工件过程中，激光轮廓仪实时检测所述工件表面的涂层厚度，并将检测结果传输给所述上位机，所述上位机将检测结果进行数据处理并将检测结果以文本形式输出。
22、可选地，所述力采集模块包括力传感器，步骤s400还包括：
23、s410、所述力传感器实时采集所述打磨头在x轴方向的力和力矩，并以电信号的形式传输给所述上位机，所述上位机按照重量补偿算法进行重量补偿计算，以测量出打磨头在x轴方向的实际打磨力fxa，将x轴方向的实际打磨力fxa与x轴方向的预设打磨力fx0进行比较，得到x轴方向打磨力的补偿值δf，并将打所述打磨头在x轴方向打磨力的补偿值δf转换为所述打磨头在x轴方向位置补偿值δx，将所述打磨头在x轴方向位置补偿值δx与打磨头在x轴方向规划位置值x0进行补偿换算，得到所述打磨头在x轴方向实际位置值xa；
24、s420、所述上位机根据步骤s301的算法能测量出所述打磨头在y轴方向和z轴方向的实际位置ya和za，并将xa、ya和za反馈给所述控制器，所述控制器调整所述打磨头的姿态和位置，以使所述打磨头按所述预设加工轨迹移动。
25、可选地，所述力采集模块还包括恒力执行器，步骤s400还包括：
26、s430、所述打磨头与所述工件接触时，所述恒力执行器实时检测所述打磨头与所述工件的实际接触压力，并将所述实际接触压力以电信号形式传输给所述上位机，所述上位机将所述实际接触挤压力与预设接触压力比较，并计算出接触压力补偿值，所输送上位机将所述接触压力补偿值反馈给所述恒力执行器，所述恒力执行器输出平行于所述打磨机构轴向的拉力或推力，以使接触压力恒定。
27、可选地，在步骤s400后还包括：
28、s500、打磨完成后，所述工业机器人复位，以使所述打磨头移动到起始位置。
29、有益效果：
30、本发明提供的飞机蒙皮涂层打磨装置包括工作台、工业机器人，打磨机构、视觉机构和控制机构，工作台上设置有夹具，夹具用于固定工件，工业机器人，包括底座和六轴机械臂，六轴机械臂一端设置于底座上；打磨机构包括打磨头和力采集模块，力采集模块设置于六轴机械臂的输出端上，打磨头与力采集模块连接，力采集模块能够采集打磨头与工件的接触压力，并将接触压力反馈给控制机构，控制机构根据反馈的实时的接触压力对打磨头的姿态和位置进行调整，从而实现恒力加工，视觉机构与六轴机械臂的输出端连接，视觉机构用于测量打磨后的工件涂层厚度，实现打磨加工和测量一体化，有效了节约了加工时间，提高了加工的效率，控制机构包括上位机和控制器，控制器与上位机通讯连接，工业机器人、打磨机构和视觉机构均与控制器通讯连接，通过控制机构可以使上位机规划出预设加工轨迹，并将预设加工轨迹传输给控制器，控制器控制六轴机械臂末端上的打磨头按照规划的预设加工轨迹在工件上进行移动，以对工件进行自动打磨，该飞机蒙皮涂层打磨装置对工件自动打磨，替代飞机蒙皮涂层打磨加工阶段的工人操作，可以降低工人的劳动强度，改善工作环境，减少加工成本，提高加工型面质量稳定性和一致性。
31、本发明提供的飞机蒙皮涂层打磨方法，是基于柔顺控制工业机器人的六轴机械臂以实现自动打磨飞机蒙皮涂层，可以控制打磨头与工件表面的接触压力，根据力采集模块的检测结果能够有效补偿和调整打磨头的位置和姿态精度，根据工件表面曲率变化对打磨压力进行调控，保证了合理的打磨压力和恒力加工，实现了工件去除量的均匀性和一致性，提高了工件的加工质量。
技术特征：
1.飞机蒙皮涂层打磨装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的飞机蒙皮涂层打磨装置，其特征在于，所述力采集模块(32)包括第一连接法兰(321)、力传感器(322)和恒力执行器(323)，所述第一连接法兰(321)与所述六轴机械臂(22)的输出端连接，所述力传感器(322)一端与所述第一连接法兰(321)连接，另一端与所述恒力执行器(323)连接，所述打磨头(31)通过固定组件(40)固定于所述恒力执行器(323)的远离所述力传感器(322)的一端上。
3.根据权利要求2所述的飞机蒙皮涂层打磨装置，其特征在于，所述固定组件(40)包括第一固定板(41)、第二固定板(42)、第一夹板(43)和第二夹板(44)，所述第一固定板(41)与所述恒力执行器(323)的输出端连接，所述第二固定板(42)垂直设置于所述第一固定板(41)上，所述第一夹板(43)和所述第二夹板(44)上分别设置有第一弧形槽和第二弧形槽，所述第一夹板(43)垂直设置于所述第二固定板(42)上，所述第二夹板(44)与所述第一夹板(43)连接，所述第一弧形槽和所述第二弧形槽共同围设形成限位空间，至少部分所述打磨头(31)限位于所述限位空间内。
4.根据权利要求2所述的飞机蒙皮涂层打磨装置，其特征在于，所述视觉机构(50)包括第二连接法兰(51)、支撑板(52)和激光轮廓仪(53)，所述第二连接法兰(51)的一个端面与所述力传感器(322)连接，另一个端面与所述恒力执行器(323)连接，所述支撑板(52)一端与所述第二连接法兰(51)连接，另一端与所述激光轮廓仪(53)连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的飞机蒙皮涂层打磨装置，其特征在于，所述飞机蒙皮涂层打磨装置还包括除尘机构，所述除尘机构包括除尘风机、除尘口和集灰斗，所述除尘口通过除尘管道与所述除尘风机连通，所述除尘风机被配置为将打磨产生的粉尘收集到所述集灰斗。
6.飞机蒙皮涂层打磨方法，采用如权利要求1-5任一项所述的飞机蒙皮涂层打磨装置，其特征在于，所述飞机蒙皮涂层打磨方法包括：
7.根据权利要求6所述的飞机蒙皮涂层打磨方法，其特征在于，步骤s300还包括：
8.根据权利要求6所述的飞机蒙皮涂层打磨方法，其特征在于，所述力采集模块(32)包括力传感器(322)，步骤s400还包括：
9.根据权利要求6所述的飞机蒙皮涂层打磨方法，其特征在于，所述力采集模块(32)还包括恒力执行器(323)，步骤s400还包括：
10.根据权利要求6所述的飞机蒙皮涂层打磨方法，其特征在于，在步骤s400后还包括：
技术总结
本发明属于航空工程技术领域，公开了飞机蒙皮涂层打磨装置及打磨方法。该飞机蒙皮涂层打磨装置包括工作台，工作台上设置有用于固定工件的夹具，工业机器人包括底座和六轴机械臂，六轴机械臂一端设置于底座上，打磨机构包括打磨头和力采集模块，力采集模块设置于六轴机械臂的输出端上，打磨头与力采集模块连接，力采集模块用于采集打磨头与工件的接触压力，视觉机构与六轴机械臂的输出端连接，视觉机构用于测量打磨后的工件涂层厚度，控制机构用于规划预设加工轨迹并使打磨头按规划的预设加工轨迹打磨工件，减少了加工成本，提高加工型面质量稳定性和一致性。
技术研发人员：宋袁曾,陈齐,刘院君,陈洁,吴鹏程,褚玉平
受保护的技术使用者：上海飞机制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23