机身悬空结构的自动校形装置及控制方法与流程

1.本发明涉及飞机制造装配技术领域，尤其涉及一种机身悬空结构的自动校形装置及控制方法。


背景技术：

2.目前在飞机机身结构装配过程中，局部区域存在悬空的情况。如图1所示的机型后机身部段的平尾开口区域，该区域的上部结构因缺少支撑形成悬空结构，加之悬空结构末端的悬挂框重量较重，悬空结构将会因重力原因产生变形。这种变形虽然是微小的，但是会导致此区域的关键控制要素的偏差增大，严重影响后续的装配工作，因此需要对悬空结构进行校形支撑以消除此类变形，这样才能保证此区域关键控制要素的精度，以便于后续的装配工作。
3.现有技术提供的一种机身校形支撑方式是在悬空结构下方设置支撑装置，以对悬空结构进行支撑，借助操作人员手动调节支撑装置的支撑状态实现对悬空结构进行校形，以消除悬空结构因重力变形产生的影响。但是，该方式在对悬空结构的校形支撑的过程中需要依赖操作人员的手动操作，所以存在校形支撑过程耗时长、人工成本高且工作效率低的问题。因此，需要提供一种新的悬空结构校形装置以改善上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种机身悬空结构的自动校形装置及控制方法，用以改善机身悬空结构校形效率低的问题。
5.所述机身悬空结构的自动校形装置包括：底座、上撑杆、下撑杆、旋转调节模组、处理单元和驱动单元；所述下撑杆固定于所述底座上，所述上撑杆与所述下撑杆活动连接；所述旋转调节模组，用于转动调节所述上撑杆与所述下撑杆之间的相对距离；所述驱动单元，用于驱动所述旋转调节模组转动；所述处理单元，用于基于机身悬空结构的校形载荷和形变位移量，控制所述驱动单元驱动所述旋转调节模组转动。
6.本发明的机身悬空结构的自动校形装置的有益效果在于：整个自动校形装置结构简单，使用方便，应用该装置进行校形时，校形过程自动控制，无需人工参与，校形效率高。
7.所述旋转调节模组包括减速组件、第一齿轮、第二齿轮和旋转调节件；当所述处理单元控制所述驱动单元工作时，所述减速组件用于降低所述第一齿轮的转速至设定阈值；所述第一齿轮通过齿轮传动带动所述第二齿轮转动，使得所述旋转调节件转动，所述旋转调节件转动促使所述上撑杆与所述下撑杆相对运动。
8.一种可能的实施例中，所述自动校形装置还包括导向滑筒和握持部，所述握持部的第一端部连接所述导向滑筒，所述导向滑筒活动套设于所述上撑杆上，所述握持部的第二端部固定连接于所述下撑杆。
9.一种可能的实施例中，所述自动校形装置还包括电子锁扣部，所述电子锁扣部用于在所述驱动单元驱动所述旋转调节模组转动完成后，锁定所述上撑杆的位置。利用电子
锁扣部进行上撑杆的位置锁定能够在校形操作结束后自动完成对上撑杆的位置锁定，无需机械式的锁紧装置，使得校形操作的自动化程度更高。
10.所述自动校形装置还包括显示单元，所述显示单元用于显示所述上撑杆的形变位移量和校形载荷。设置显示单元可使操作者实时了解上撑杆的位置和校形过程中的载荷大小，实现装配应力的精确量化，有效避免过应力装配现象的发生。
11.一种可能的实施例中，所述自动校形装置还包括控制开关，所述控制开关用于响应于用户的操作，控制所述自动校形装置的工作状态。
12.可选地，所述自动校形装置还包括记录单元，所述记录单元用于记录所述处理单元的历史处理信息，所述历史处理信息包括所述上撑杆的位移信息和校形载荷值。
13.本发明还提供了一种机身悬空结构的自动校形装置的控制方法，应用于上述自动校形装置，包括：获取机身悬空结构的物理属性参数值，根据所述机身悬空结构的物理属性参数值计算所述机身悬空结构的校形载荷；根据所述物理属性参数值和所述校形载荷计算机身悬空结构的第一形变位移量和第二形变位移量，所述第一形变位移量表征第一位置和原位置之间的偏移量，所述第一位置为所述机身悬空结构处于重力变形状态时自由端所处的位置，所述原位置为所述机身悬空结构处于不考虑变形影响的理想状态时自由端所处的位置；所述第二形变位移量表征第二位置和原位置之间的偏移量，所述第二位置为所述机身悬空结构处于施力变形状态时自由端所处的位置；获取高精度测量设备所测量的机身悬空结构的关键特征点的实际坐标值；根据所述关键特征点的实际坐标值与理论坐标值之间的比较结果，计算得出所述上撑杆所需的理想位移量；比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与所述理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元驱动旋转调节模组的转动。
14.本发明提供的机身悬空结构的自动校形装置的控制方法的有益效果在于：能够根据机身悬空结构的物理属性参数值和校形载荷得出自动校形装置需要移动的距离，实现一次到位校形，校形的效率高且精度高。
15.一种可能的实施例中，比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与所述理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元驱动旋转调节模组的转动，包括：当所述第一形变位移量和所述第二形变位移量的和值小于所述理想位移量，确定所述上撑杆向上移动距离为第一形变位移量和第二形变位移量的和值；根据所述第一形变位移量和所述第二形变位移量的和值计算所述驱动单元的运行参数；根据所述运行参数控制所述驱动单元驱动所述旋转调节模组的转动。
16.一种可能的实施例中，比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与所述理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元驱动旋转调节模组的转动，包括：当所述第一形变位移量和所述第二形变位移量的和值大于或等于所述理想位移量，确定所述上撑杆向上移动距离为理想位移量；根据所述理想位移量计算所述驱动单元的运行参数；根据所述运行参数控制所述驱动单元驱动所述旋转调节模组的转动。
附图说明
17.图1为本发明实施例的机身悬空结构的示意图；
18.图2为本发明实施例的机身悬空结构的自动校形装置的整体结构示意图；
19.图3为本发明实施例的机身悬空结构的自动校形装置的局部结构示意图；
20.图4为本发明实施例的机身悬空结构抽象为悬臂梁模型的示意图；
21.图5为本发明实施例的校形载荷随机身悬空结构的自由端位移的变化示意图。
22.附图标记：
23.1-底座；2-上撑杆；21-调节螺纹孔；3-下撑杆；31-旋转孔；4-旋转调节模组；41-减速组件；42-第一齿轮；43-第二齿轮；44-旋转调节件；441-调节轴；442-旋转轴；45-轴承；5-驱动单元；6-导向滑筒；7-握持部。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
25.针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种机身悬空结构的自动校形装置及控制方法。
26.参见说明书附图2，本实施例提供的一种机身悬空结构的自动校形装置包括：底座1、上撑杆2、下撑杆3、旋转调节模组4、处理单元和驱动单元5。其中，下撑杆3固定于底座1上，上撑杆2与下撑杆3活动连接；旋转调节模组4用于转动调节上撑杆2与下撑杆3之间的相对距离；驱动单元5用于驱动旋转调节模组4转动；处理单元用于基于机身悬空结构的校形载荷和形变位移量控制驱动单元5驱动所述旋转调节模组4转动。
27.本发明实施例中提出的机身悬空结构的自动校形装置使用时，将底座1抵靠飞机在悬空结构下方的结构上，下撑杆3和上撑杆2竖直设置，通过驱动单元5驱动旋转调节模组4转动以调节上撑杆2向上运动至上撑杆2的上端支撑在机身悬空结构的上部结构。然后通过处理单元基于机身悬空结构的校形载荷和形变位移量控制所述驱动单元5驱动所述旋转调节模组4转动，以调整上撑杆2位置，直至完成对机身悬空结构的变形校正，避免机身悬空结构因重力向下变形。拆卸过程与上述过程相反，不再赘述。整个自动校形装置结构简单，使用方便，应用该装置进行校形时，校形过程自动控制，无需人工参与，校形效率高，智能化程度高，且能够实时动态检测机身悬空结构的状态及时进行校形调整以实现良好的校形效果。本发明实施例所提供的机身悬空结构的自动校形装置，除了用于飞机中的机身悬空结构外，也能够用于其他机械设备中的悬空结构的校形。
28.旋转调节模组4包括减速组件41、第一齿轮42、第二齿轮43和旋转调节件44。当处理单元控制驱动单元5工作时，减速组件41用于降低第一齿轮42的转速至设定阈值；第一齿轮42通过齿轮传动带动第二齿轮43转动，使得旋转调节件44转动，旋转调节件44转动促使上撑杆2与下撑杆3相对运动。其中，减速组件41的减速比设置根据实际情况而定，只要能够实现将驱动单元5提供的动力经减速组件41减速后驱动第一齿轮42转动的转速减速至设定阈值即可。
29.在一个具体的实施例中，自动校形装置还包括导向滑筒6和握持部7，握持部7的第一端部连接导向滑筒6，导向滑筒6活动套设于上撑杆2上，握持部7的第二端部固定连接于下撑杆3。上撑杆2能够稳定地在导向滑筒6的作用下在导向滑筒6所限制的方向上移动。握持部7能够在对自动校形装置进行安装、拆卸等操作时提供握持空间，便于操作。
30.一种可能的实施例中，自动校形装置还包括电子锁扣部，电子锁扣部用于在驱动单元5驱动旋转调节模组4转动完成后，锁定上撑杆2的位置。利用电子锁扣部进行上撑杆2的位置锁定能够在校形操作结束后自动完成对上撑杆2的位置锁定，无需机械式的锁紧装置，使得校形操作的自动化程度高。
31.一种可能的实施例中，自动校形装置还包括显示单元，显示单元用于显示上撑杆2的形变位移量和校形载荷。设置显示单元可使操作者实时了解上撑杆2的位置和校形过程中的载荷大小，实现装配应力的精确量化，有效避免过应力装配现象的发生。
32.一种可能的实施例中，自动校形装置还包括控制开关，控制开关用于响应于用户的操作，控制自动校形装置的工作状态。示例性地，可以在自动校形装置设置完成后通过控制开关控制自动校形装置的工作状态开启，使得自动校形装置开始进行自动校形操作；在拆卸自动校形装置前，通过控制开关控制自动校形装置的工作状态关闭，使得自动校形装置停止进行自动校形操作。
33.可选地，自动校形装置还可以包括记录单元，记录单元用于记录处理单元的历史处理信息，历史处理信息包括上撑杆2的位移信息和校形载荷值。
34.参见说明书附图3，在一个具体的实施例中，旋转调节件44中具有调节轴441，调节轴441上设有外螺纹，上撑杆2的下端开设有调节螺纹孔21，调节轴441螺接在调节螺纹孔21中，旋转调节件44转动时，调节轴441通过螺纹传动带动上撑杆2移动。旋转调节件44还包括支撑块、以及固定于支撑块下端的旋转轴442，下撑杆3上端开设有旋转孔31，旋转轴442安装在旋转孔31中，且旋转轴442与旋转孔31间隙配合，支撑块安装在下撑杆3上端面上，旋转轴442与调节轴441同轴线，支撑块起到支持作用。其中，支撑块与下撑杆3上端面之间可以是光滑接触，通过旋转轴442与旋转孔31的配合确保旋转调节件44能够自由转动。在本实施例中，调节组件还包括轴承45，轴承45设置在支撑块和下撑杆3上端之间，旋转轴442穿过轴承45再安装到旋转孔31中，轴承45具体可采用推力球轴承45，能够减少旋转调节件44在转动时的摩擦力。
35.本发明实施例还提供了一种机身悬空结构的自动校形装置的控制方法，应用于如上述装置实施例所述的自动校形装置。该控制方法包括：
36.s1：获取机身悬空结构的物理属性参数值，根据机身悬空结构的物理属性参数值计算机身悬空结构的校形载荷。
37.在s1中，一种可能的实施例中，参见说明书附图4，将机身悬空结构抽象为悬臂梁模型，并考虑重力影响。通过施加校形载荷f，对悬空结构校形的过程可分为两个阶段，第一阶段为通过施加校形载荷f1将悬空结构从第一位置校形移动至原位置，第二阶段为通过施加校形载荷f2将悬空结构从原位置校形移动至第二位置。其中，第一位置指机身悬空结构在重力变形状态下自由端所处的位置，原位置指机身悬空结构在不考虑变形影响的理想状态下自由端所处的位置，第二位置指机身悬空结构在施力变形状态下自由端所处的位置。
38.机身悬空结构的物理属性参数值包括悬空结构的重力g、重力变形状态下的所述
悬空结构的固定端与自由端之间的距离l和悬空结构的固定端与质心之间的距离l1。根据力矩平衡方程可知：gl1＝f1l，那么可得出第一阶段校形载荷f1为：其中，g＝ρgv，ρ为机身悬空结构的密度，g为重力加速度，v为机身悬空结构的体积。l1与机身悬空结构的形状、尺寸有关，可通过质心计算公式算出，l与机身悬空结构的尺寸有关。
39.由此可知，一旦悬空结构的形状、尺寸、材料密度等参数确定，那么校形载荷即可确定，又由于悬空结构因重力影响而产生的变形非常小，所以可以认为校形载荷f1为定值。
40.第二阶段校形载荷f2＝f1+δf，δf为航空制造领域中允许对结构施加的最大力，可从相关标准或规范中查询得出。δf为定值，所以f2也为定值，也就是说校形载荷不能超过f2。
41.s2：根据物理属性参数值和校形载荷计算机身悬空结构的第一形变位移量和第二形变位移量，第一形变位移量表征第一位置和原位置之间的偏移量，第一位置为机身悬空结构处于重力变形状态时自由端所处的位置，原位置为机身悬空结构处于不考虑变形影响的理想状态时自由端所处的位置；第二形变位移量表征第二位置和原位置之间的偏移量，第二位置为机身悬空结构处于施力变形状态时自由端所处的位置。
42.在s2中，一种可能的实施例中，根据物理属性参数值和校形载荷计算机身悬空结构的第一形变位移量和第二形变位移量，包括：
43.第一形变位移量的计算满足以下公式：s1＝f(f1)，可通过有限元方法计算得出，并且s1为定值。其中，s1为第一形变位移量，f()表示函数，上述公式意为s1是关于f1的函数。
44.第二形变位移量的计算满足以下公式：s2＝f(δf)，可通过有限元方法计算得出。其中，s2为第二形变位移量，f()表示函数，上述公式意为s2是关于δf的函数。
45.通过分析可知，校形载荷f随悬空结构的自由端位移s的变化如图5所示。
46.s3：获取高精度测量设备所测量的机身悬空结构的关键特征点的实际坐标值。
47.在s3中，一种可能的实施例中，高精度测量设备为激光跟踪仪。
48.s4：根据关键特征点的实际坐标值与理论坐标值之间的比较结果，计算得出上撑杆2所需的理想位移量s0。
49.在s4中，一种可能的实施例中，关键特征点的理论坐标值为从设计数模或图纸获取的关键特征点的坐标值。
50.s5：比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元5驱动旋转调节模组4的转动。
51.在s5中，一种可能的实施例中，比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元5驱动旋转调节模组4的转动，包括：当第一形变位移量和第二形变位移量的和值小于理想位移量，即s0＞(s1+s2)，确定上撑杆2向上移动距离为第一形变位移量和第二形变位移量的和值，即(s1+s2)；根据第一形变位移量和第二形变位移量的和值计算驱动单元5的运行参数；根据运行参数控制驱动单元5驱动旋转调节模组4的转动。
52.一种可能的实施例中，比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元5驱动旋转调节模组4的转动，包括：当第一形变位移量和第二形变位移量的和值大于或等于理想位移量，即s0≤(s1+s2)，确定上撑杆2向上
移动距离为理想位移量，即s0；根据理想位移量计算驱动单元5的运行参数；根据运行参数控制驱动单元5驱动旋转调节模组4的转动。
53.通过本发明实施例提供的机身悬空结构的自动校形装置的控制方法进行自动校形能够根据机身悬空结构的物理属性参数值和校形载荷得出自动校形装置需要移动的距离，实现一次到位校形，校形的效率高且精度高。
54.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

技术特征：
1.一种机身悬空结构的自动校形装置，其特征在于，包括：底座、上撑杆、下撑杆、旋转调节模组、处理单元和驱动单元；所述下撑杆固定于所述底座上，所述上撑杆与所述下撑杆活动连接；所述旋转调节模组，用于转动调节所述上撑杆与所述下撑杆之间的相对距离；所述驱动单元，用于驱动所述旋转调节模组转动；所述处理单元，用于基于机身悬空结构的校形载荷和形变位移量，控制所述驱动单元驱动所述旋转调节模组转动。2.根据权利要求1所述的自动校形装置，其特征在于，所述旋转调节模组包括减速组件、第一齿轮、第二齿轮和旋转调节件；当所述处理单元控制所述驱动单元工作时，所述减速组件用于降低所述第一齿轮的转速至设定阈值；所述第一齿轮通过齿轮传动带动所述第二齿轮转动，使得所述旋转调节件转动，所述旋转调节件转动促使所述上撑杆与所述下撑杆相对运动。3.根据权利要求1所述的自动校形装置，其特征在于，还包括导向滑筒和握持部，所述握持部的第一端部连接所述导向滑筒，所述导向滑筒活动套设于所述上撑杆上，所述握持部的第二端部固定连接于所述下撑杆。4.根据权利要求1至3任一项所述的自动校形装置，其特征在于，还包括电子锁扣部，所述电子锁扣部用于在所述驱动单元驱动所述旋转调节模组转动完成后，锁定所述上撑杆的位置。5.根据权利要求1至3任一项所述的自动校形装置，其特征在于，还包括显示单元，所述显示单元用于显示所述上撑杆的形变位移量和校形载荷。6.根据权利要求1至3任一项所述的自动校形装置，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关用于响应于用户的操作，控制所述自动校形装置的工作状态。7.根据权利要求1至3任一项所述的自动校形装置，其特征在于，还包括记录单元，所述记录单元用于记录所述处理单元的历史处理信息，所述历史处理信息包括所述上撑杆的位移信息和校形载荷值。8.一种机身悬空结构的自动校形装置的控制方法，应用于如权利要求1至7任一项所述的自动校形装置，其特征在于，包括：获取机身悬空结构的物理属性参数值，根据所述机身悬空结构的物理属性参数值计算所述机身悬空结构的校形载荷；根据所述物理属性参数值和所述校形载荷计算机身悬空结构的第一形变位移量和第二形变位移量，所述第一形变位移量表征第一位置和原位置之间的偏移量，所述第一位置为所述机身悬空结构处于重力变形状态时自由端所处的位置，所述原位置为所述机身悬空结构处于不考虑变形影响的理想状态时自由端所处的位置；所述第二形变位移量表征第二位置和原位置之间的偏移量，所述第二位置为所述机身悬空结构处于施力变形状态时自由端所处的位置；获取高精度测量设备所测量的机身悬空结构的关键特征点的实际坐标值；根据所述关键特征点的实际坐标值与理论坐标值之间的比较结果，计算得出所述上撑杆所需的理想位移量；比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与所述理想位移量之间的大小，根据比
较结果控制驱动单元驱动旋转调节模组的转动。9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与所述理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元驱动旋转调节模组的转动，包括：当所述第一形变位移量和所述第二形变位移量的和值小于所述理想位移量，确定所述上撑杆向上移动距离为第一形变位移量和第二形变位移量的和值；根据所述第一形变位移量和所述第二形变位移量的和值计算所述驱动单元的运行参数；根据所述运行参数控制所述驱动单元驱动所述旋转调节模组的转动。10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，比较第一形变位移量和第二形变位移量的和值与所述理想位移量之间的大小，根据比较结果控制驱动单元驱动旋转调节模组的转动，包括：当所述第一形变位移量和所述第二形变位移量的和值大于或等于所述理想位移量，确定所述上撑杆向上移动距离为理想位移量；根据所述理想位移量计算所述驱动单元的运行参数；根据所述运行参数控制所述驱动单元驱动所述旋转调节模组的转动。

技术总结
本发明提供了一种机身悬空结构的自动校形装置及控制方法，该装置包括：底座、上撑杆、下撑杆、旋转调节模组、处理单元和驱动单元；下撑杆固定于底座上，上撑杆与下撑杆活动连接；旋转调节模组用于转动调节上撑杆与下撑杆之间的相对距离；驱动单元用于驱动旋转调节模组转动；处理单元，用于基于机身悬空结构的校形载荷和形变位移量，控制驱动单元驱动所述旋转调节模组转动。该自动校形装置结构简单，应用该装置进行校形时，校形过程自动控制，校形效率高。率高。率高。


技术研发人员：李志瑶 贾佳乐 赵群
受保护的技术使用者：中建材（上海）航空技术有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/5/26