Elmo運動(dòng)控制系統在飛機數字化裝配系統中的應用

飛機的部件成千上萬(wàn)，其中很多的結構件為鈑金件或復合材料組成的薄型板狀結構，其特點(diǎn)是外形復雜，連接面多為不規則曲面，同時(shí)其材料和形狀決定了其具有的工藝剛性相對比較小，容易變形，給加工和裝配都帶來(lái)了比較大的困難。近年來(lái)，隨著(zhù)自動(dòng)化水平的不斷提高，通過(guò)引入了先進(jìn)的數控技術(shù)，使得零件的加工技術(shù)得到了大幅度的提升，零件的制造周期大大縮短，品質(zhì)也得到了很大的改善。但是，飛機的部件裝配與整體機身的裝配仍沿用傳統的方法，無(wú)法適應先進(jìn)的數控加工技術(shù)帶來(lái)的效率的提高。飛機裝配技術(shù)已經(jīng)制約著(zhù)飛機制造業(yè)的發(fā)展。本文主要介紹了通過(guò)使用Elmo運動(dòng)控制系統，借助多點(diǎn)成形技術(shù)實(shí)現飛機柔性數字化裝配。

系統工藝流程

圖1示出工藝流程。多點(diǎn)成形技術(shù)是柔性工裝設計的技術(shù)基礎，其基本原理為采用多個(gè)均勻離散的點(diǎn)來(lái)擬合飛機裝配部件的三維型面，通過(guò)精確的數字建模，控制各點(diǎn)的點(diǎn)位來(lái)達到精準的控制，使工裝表面完全貼合飛機零件表面。使用這種柔性裝配技術(shù)可以使飛機裝配型架的制造周期大大縮短，并可以取代大部分固定裝配型架。同時(shí)由于其采用了離散式的點(diǎn)位控制方式，使得該系統具有可重構性，一套該系統可以完成多種表面形狀的零件工裝。


圖1 工藝流程圖

固定飛機薄壁板采用的是行列可移動(dòng)式動(dòng)態(tài)工裝，其基本元器件為可移動(dòng)的導軌副以及高度可以調整的支撐夾持單元，以上元器件的控制均通過(guò)數控伺服完成，通過(guò)伺服的不同位置調整使整個(gè)工裝系統按照理論的點(diǎn)位分布，使蒙皮達到理論的工裝外形。

系統框架

本系統主要包括以下幾個(gè)部分:系統計算機主要計算并且給出數學(xué)模型;人機界面可以實(shí)時(shí)的顯示和設定一些現場(chǎng)的工作參數；三維激光測量可以反饋實(shí)際的位置值回當前的系統計算機;以色列Elmo公司的MAESTRO多軸控制器為本運動(dòng)控制系統的核心，配合CAN總線(xiàn)上掛接的多顆Elmo公司的伺服驅動(dòng)器完成對多個(gè)點(diǎn)位的位置控制;同時(shí)，由于工藝方面需要的夾持等功能，故CAN總線(xiàn)上還掛接有一些現場(chǎng)總線(xiàn)I/O。如圖2所示。


圖2 系統框架

通訊部分

通訊部分，主要包括兩大層面:

第一層面為以太網(wǎng)層

滿(mǎn)足標準的TCP/IP協(xié)議，應用該通訊方式主要有以下好處:

通訊距離長(cháng)，以太網(wǎng)的通訊極限一般可以控制到200m，基本上滿(mǎn)足了大型飛機等設備的裝配空間，同時(shí)避免了使用光纖通訊所耗費的大量的成本;

標準的TCP/IP協(xié)議，普通的計算機、工控設備可以很好的接入;

一般用戶(hù)都比較熟悉使用，應用控制等技術(shù)相對比較穩定、成熟;

同時(shí)配合人機界面在設備現場(chǎng)通過(guò)RS-232方式操控和設定工作參數，彌補了以太網(wǎng)長(cháng)通訊距離造成的操作不便。

第二個(gè)層面為現場(chǎng)總線(xiàn)層面

采用了目前在歐美普遍使用的CAN總線(xiàn)形式，使用該總線(xiàn)會(huì )給該系統帶來(lái)如下的好處:

CAN總線(xiàn)為一種集分布式控制和實(shí)時(shí)控制于一體的串行通訊局域網(wǎng)絡(luò )，其高可靠性、高性能、高實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的認可和應用;