Elmo運動控制系統(tǒng)在飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)中的應(yīng)用

飛機的部件成千上萬，其中很多的結(jié)構(gòu)件為鈑金件或復(fù)合材料組成的薄型板狀結(jié)構(gòu)，其特點是外形復(fù)雜，連接面多為不規(guī)則曲面，同時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了比較大的困難。近年來，隨著自動化水平的不斷提高，通過引入了先進的數(shù)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(tǒng)的方法，無法適應(yīng)先進的數(shù)控加工技術(shù)帶來的效率的提高。飛機裝配技術(shù)已經(jīng)制約著飛機制造業(yè)的發(fā)展。本文主要介紹了通過使用Elmo運動控制系統(tǒng)，借助多點成形技術(shù)實現(xiàn)飛機柔性數(shù)字化裝配。

系統(tǒng)工藝流程

圖1示出工藝流程。多點成形技術(shù)是柔性工裝設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)，其基本原理為采用多個均勻離散的點來擬合飛機裝配部件的三維型面，通過精確的數(shù)字建模，控制各點的點位來達到精準的控制，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。同時由于其采用了離散式的點位控制方式，使得該系統(tǒng)具有可重構(gòu)性，一套該系統(tǒng)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式動態(tài)工裝，其基本元器件為可移動的導(dǎo)軌副以及高度可以調(diào)整的支撐夾持單元，以上元器件的控制均通過數(shù)控伺服完成，通過伺服的不同位置調(diào)整使整個工裝系統(tǒng)按照理論的點位分布，使蒙皮達到理論的工裝外形。

系統(tǒng)框架

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


圖2 系統(tǒng)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

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

通訊距離長，以太網(wǎng)的通訊極限一般可以控制到200m，基本上滿足了大型飛機等設(shè)備的裝配空間，同時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(shè)備可以很好的接入;

一般用戶都比較熟悉使用，應(yīng)用控制等技術(shù)相對比較穩(wěn)定、成熟;

同時配合人機界面在設(shè)備現(xiàn)場通過RS-232方式操控和設(shè)定工作參數(shù)，彌補了以太網(wǎng)長通訊距離造成的操作不便。

第二個層面為現(xiàn)場總線層面

采用了目前在歐美普遍使用的CAN總線形式，使用該總線會給該系統(tǒng)帶來如下的好處:

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