自动钻铆机法向检测激光位移传感器的标定装置及其标定方法技术领域
本发明属于飞机数字化装配自动化钻铆领域，具体涉及一种自动钻铆机法向检测
激光位移传感器的标定装置及方法。
背景技术
在飞机装配中，铆接仍然是主要的连接方法。传统的人工铆接劳动条件差，生产效
率低，铆接质量严重依赖于工人的经验和技术，难以满足飞机装配的要求。铆接的机械化和
自动化，是铆接技术发展的必然趋势。在自动钻铆方面，国外对相关技术的研究和应用已经
较为成熟，如EI、GEMCOR、BROETJE等设备供应商分别研制了各自的自动钻铆机，并成功应用
于多种型号飞机的数字化装配中；而国内的飞机制造厂商和科研院所近几年也开始自主研
发自动钻铆机，以提高钻铆的质量和效率。
自动钻铆机在制孔过程中，由于飞机壁板装配制造误差以及自动钻铆机定位误差
的影响，飞机壁板表面待加工孔位处法向与刀具轴线方向之间会产生一定的偏差。法向偏
差过大，必将直接影响制孔加工精度和飞机装配质量，同时降低刀具的使用寿命，可见在钻
铆过程中对法向偏差的检测和调整是非常重要的。当前法向偏差修正通用的方法为：首先
采用激光位移传感器测量计算工件表面法向，然后调整钻铆机姿态以使刀具轴线与工件表
面重合。这种方法可以有效提高制孔法向精度，但同时也需要对激光位移传感器的零位、方
向系数以及法向调整时的光斑距离等参数进行精确标定。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种自动钻铆机法向检测激光位移传感器的标定装
置，并基于该装置提出了一种激光位移传感器的标定方法。本发明装置简单、操作方便，可
以快速准确地完成激光位移传感器零位、方向系数以及法向调整时的光斑距离的标定。
一种自动钻铆机法向检测激光位移传感器的标定装置，包括标定板以及用于将标
定板安装到主轴上的芯棒；
所述标定板上设有安装孔和工艺孔；
所述安装孔位于标定板中心；
所述工艺孔为多组呈方形布置的孔，每组包括四个孔，且每个孔位于方形的顶点，
方形的中心位于标定板的中心，每组工艺孔组成方形的边长不同、中心重合且边长平行。
作为优选，所述的工艺孔为三组，工艺孔组成的三个方形的边长不同、中心重合且
边长平行。
采用自动钻铆机法向检测激光位移传感器标定装置的标定方法，包括以下步骤：
(1)通过芯棒将标定板安装到主轴上，将标定板调整水平后锁紧主轴；
(2)主轴沿进给方向运动，调整四个激光位移传感器的位置使其四个光斑分别对
准标定板其中一组的四个工艺孔，固定四个激光位移传感器，并记录四个工艺孔所组成方
形的边长；
(3)主轴沿进给方向继续运动，使标定板贴紧压脚端面，将四个激光位移传感器读
数置零；
(4)主轴沿进给方向运动至第一位置，分别记录四个激光位移传感器的读数l11、
l21、l31和l41；
(5)主轴继续运动至第二位置，分别记录四个激光位移传感器的读数l12、l22、l32和
l42；
(6)根据读数l11、l21、l31、l41、l12、l22、l32以及l42，计算四个激光位移传感器的方向
系数：
其中，L为第一位置与第二位置之间的距离。
在步骤(2)中，主轴沿进给方向运动时，标定板距压脚端面的距离为钻铆时的工作
距离。
在步骤(2)中，通过调整激光位移传感器使其光斑对准工艺孔，能够很准确地标定
位移传感器的位置。
在步骤(2)中，记录四个工艺孔所组成方形的边长是为了确定钻铆机法向调整时
的光斑距离。
在步骤(3)中，将四个位移传感器读数置零是为了确定激光位移传感器的零位。
在步骤(4)和步骤(5)中，所述主轴沿进给方向运动的第一位置和第二位置，需要
保证四个激光位移传感器的光斑在标定板范围之内，且不能对准工艺孔，光斑离开标定板
范围或对准工艺孔之后，激光位移传感器的读数将失效。
本发明的优点在于：
(1)标定装置结构简单，制作方便；
(2)标定板上的三组工艺孔可以完成不同结构和尺寸的位移传感器的标定；
(3)通过调整位移传感器使光斑对准工艺孔的方式，避免了光斑距离难测量的问
题；
(4)标定方法操作方便，精度较高，实用性强。
附图说明
图1为本发明中的自动钻铆机法向检测位移传感器标定装置示意图；
图2为本发明标定装置中标定板的示意图；
图3为本发明标定方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案
进行详细说明。
本发明所述的自动钻铆机为公开号CN105643278A公开的用于飞机壁板装配的卧
式自动钻铆机床，所述的压脚公开号CN105728630A公开的自动钻铆机的压脚单元。
如图1所示，自动钻铆机具有用于安装制孔刀具的主轴1、用于压紧工件表面的压
脚2、安装在压脚上的位移传感器3、标定板4以及用于将标定板安装到主轴上的芯棒5，芯棒
5插入主轴的刀柄上之后锁紧。
位移传感器3包括激光位移传感器31、激光位移传感器32、激光位移传感器33、激
光位移传感器34。
本发明自动钻铆机法向检测位移传感器的标定装置由标定板4与芯棒5组成；
如图2所示，标定板4上设有工艺孔6和安装孔7；安装孔7位于标定板4中心，用于将
标定板4与芯棒5连接起来；工艺孔6包括三组呈方形布置的孔，其中，第一组包括孔h11、孔
h12、孔h13和孔h14，第二组包括孔h21、孔h22、孔h23和孔h24，第三组包括孔h31、孔h32、孔
h33和孔h34；工艺孔6用于调整位移传感器的安装位置并辅助完成位移传感器在法向调整
时光斑距离的标定，安装孔7位于工艺孔6所组成方形的中心。
采用自动钻铆机法向检测位移传感器标定装置的标定方法，包括以下步骤：
步骤1，通过芯棒5将标定板4安装到主轴1上，将标定板4调整水平后锁紧主轴1；
步骤2，主轴1沿进给方向运动，调整激光位移传感器31、激光位移传感器32、激光
位移传感器33以及激光位移传感器34，使四个光斑分别对准标定板4其中一组的四个工艺
孔，然后固定四个激光位移传感器的位置，并记录四个工艺孔所组成方形的边长为53.0mm，
从而确定钻铆机法向调整时的光斑距离；
标定板4与压脚2端面之间的距离为钻铆时的工作距离，值为15.0mm。
步骤3，主轴1沿进给方向继续运动，使标定板4贴紧压脚2端面，然后将四个激光位
移传感器的读数置零，从而确定四个激光位移传感器的零位；
步骤4，主轴1沿进给方向运动至第一位置，分别记录四个激光位移传感器的读数
l11为20.661mm，l21为22.192mm，l31为21.537mm以及l41为21.330mm，
步骤5，主轴1继续运动20.0mm至第二位置，分别记录四个激光位移传感器3的读数
l12为43.819mm，l22为45.348mm，l32为44.618mm以及l42为44.651mm，
步骤6，根据读数l11、l21、l31、l41、l12、l22、l32以及l42，计算四个位移传感器的方向
系数：
主轴1沿进给方向运动的第一位置和第二位置，需要保证四个激光位移传感器的
光斑在标定板4范围之内，且不能对准工艺孔6，光斑离开标定板范围或对准工艺孔之后，激
光位移传感器的读数将失效。
本发明的标定装置结构简单，制作方便；标定板上的三组工艺孔可以完成不同结
构和尺寸的位移传感器的标定；通过调整位移传感器使光斑对准工艺孔的方式，很好地避
免了光斑距离难测量的问题；并且标定方法操作方便，精度较高，实用性强。