一种重载三坐标定位器 【技术领域】
本发明涉及定位器，尤其涉及一种重载三坐标定位器。
背景技术
大型飞机通常是指起飞总质量超过100t的军民用大型运输机和150座级以上的大型客机。它是一个国家工业、科技水平和综合实力的集中体现，对增强我国的国际竞争力和科技实力有着非常重要的意义。
目前，我国飞机装配基本上还沿用20世纪六七十年代原苏联的传统方法，多采用基于模拟量传递方式为主的工作方法。这种工作方法制造周期长、装配协调环节多、协调的工艺技术方法复杂，针对不同装配件采用了大量复杂的、硬性的、专用的实物标准工装和装配工装，其可变性、可重构性差，无通用性且成本高，特别地，在大部件对接装配时，甚至还是人工的手扶肩扛操作。而大飞机部件重达几吨，甚至数十吨，若采用传统的装配模式其难度可想而知。因此，大型飞机制造采用自动化装配技术势在必行，首先是为了保证装配的质量，提高机体的疲劳寿命。其次，可在大批量生产中提高生产效率。从另一方面，大型飞机机体结构尺寸大、结构装配空间较开敞，也易于实现自动化装配。
为了满足大型飞机机身和机翼“大十字”数字化对接的需要，提供了一种重载三坐标定位器。该定位器结构强度高、刚性好，可实现整体机身的有效支撑和固持。定位器还可沿X、Y、Z三个方向精确运动和定位，并与固连于整体机身加强框上的工艺接头构成球铰副，4个定位器构成一个并联机构基于四点调姿原理实现机身的位置和姿态调整。此外，定位器上安装了若干位移传感器、力传感器和超声波传感器，可实时监控机身相对于定位器的空间位置和机身的支撑受力状态，确保飞机在入位、支撑、调姿和对接过程中的安全性。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种重载三坐标定位器。
重载三坐标定位器包括Z向传动单元、X向滑板、Z向滑板、立柱、Y向拖板、Z向涡轮蜗杆减速器、操作台、X向传动单元、底座、Y向传动单元、工艺球头、球头锁紧机构、球头入位机构、测力机构；底座上设有Y向传动单元，Y向传动单元上设有Y向拖板，Y向拖板上设有立柱，立柱侧面设有Z向传动单元，Z向传动单元上设有Z向滑板，Z滑板侧面设有X向传动单元，X向传动单元上设有X向滑板，X向滑板上设有测力机构，测力机构上设有球头入位机构，球头入位机构上设有球头锁紧机构，X向传动单元、Y向传动单元或Z向传动单元为直线导轨导向，并通过伺服电机、减速器和滚珠丝杠实现该方向运动。
所述的立柱和底座承力构件多采用加筋铸件。所述的X向传动单元、Y向传动单元或Z向传动单元设有绝对式光栅尺，通过绝对式光栅尺读数反馈实现全闭环控制。所述的X向传动单元、Y向传动单元或Z向传动单元设有限位开关和机械限位，且其伺服电机均带有抱闸制动。所述的Z向传动单元设有蜗轮蜗杆减速器，利用其自锁特性锁定其工作位置。所述的立柱顶部和X向滑板上设有超声波传感器，检测飞机机身入位时定位器和飞机机身的距离。所述的测力机构上设有力传感器，实时监控定位器Z向的受力状况。所述的球头入位机构设有多个位移传感器，根据其初始安装位置和读数计算机身大部件工艺球头相对定位器的相对位置。所述的球头入位机构设有手轮，利用手轮驱动定位器运动，完成飞机大部件工艺球头相对于定位器的初步定位。所述的球头锁紧机构是伺服电机通过蜗杆涡轮减速器驱动转盘，进而控制卡爪沿转盘径向移动，执行对飞机大部件工艺球头的夹紧或放松操作。
本发明的优点：1)可沿X、Y、Z三个方向精确移动和定位；2)运用多轴协同运动技术，可实现X、Y、Z三个方向联动；3)若干个定位器构成一个调姿机构，进而实现飞机大部件的支撑和位姿调整；4)定位器结构刚性好、强度高，有效载荷可达50吨；5)定位器的X向滑板、Z向滑板位于定位器侧面(靠近机身)，可避免机身与定位器干涉；6)定位器结构设计时保证其加载后重心落在底座的中间位置，以提高支撑的稳定性；7)定位器立柱和底座等承力构件多采用加筋铸件，兼顾其刚度和重量；8)定位器立柱底部和起落架拖板相连，机身进站时定位器沿展向移开，飞机起落架可从起落架拖板上通过；9)定位器X、Y、Z向传动单元都安装有绝对式光栅尺，通过其读数反馈实现全闭环控制；10)定位器X、Y、Z向均设有限位开关和机械限位，且其伺服电机均带有抱闸制动，以提高其安全性；11)定位器的Z向传动单元安装有蜗轮蜗杆减速器，利用其自锁特性锁定其工作位置；12)定位器立柱顶部和X向滑板上安装有超声波传感器，用来检测飞机机身入位时定位器和飞机机身的距离，避免两者发生干涉；13)测力机构上设有力传感器，实时监控定位器Z向的受力状况，并根据其受力状况调整定位器的位置，进而保证各定位器承载均衡和支撑对象受力合理；14)球头入位机构安装有多个位移传感器，根据其初始安装位置和读数计算机身大部件工艺球头相对定位器的相对位置，进而驱动定位器进行位置补偿实现飞机大部件精确入位；15)球头入位机构具有手轮，利用手轮按键和旋钮选择所要驱动的定位器和相关运动参数，通过脉冲发生器产生的脉冲信号驱动定位器运动，完成飞机大部件工艺球头相对于定位器的初步定位；16)球头锁紧机构是伺服电机通过蜗杆涡轮减速器驱动转盘，进而控制卡爪沿转盘径向移动，执行对飞机大部件工艺球头的夹紧或放松操作。
【附图说明】
图1是重载三坐标定位器结构主视图；
图2是重载三坐标定位器结构俯视图；
图3是重载三坐标定位器结构左视图；
图中：Z向传动单元1、X向滑板2、Z向滑板3、立柱4、Y向拖板5、Z向涡轮蜗杆减速器6、操作台7、X向传动单元8、底座9、Y向传动单元10、工艺球头11、球头锁紧机构12、球头入位机构13、测力机构14。
【具体实施方式】
如图1～3所示，重载三坐标定位器包括Z向传动单元1、X向滑板2、Z向滑板3、立柱4、Y向拖板5、Z向涡轮蜗杆减速器6、操作台7、X向传动单元8、底座9、Y向传动单元10、工艺球头11、球头锁紧机构12、球头入位机构13、测力机构14；底座9上设有Y向传动单元10，Y向传动单元10上设有Y向拖板5，Y向拖板5上设有立柱4，立柱4侧面设有Z向传动单元1，Z向传动单元1上设有Z向滑板3，Z滑板3侧面设有X向传动单元8，X向传动单元8上设有X向滑板2，X向滑板2上设有测力机构14，测力机构14上设有球头入位机构13，球头入位机构13上设有球头锁紧机构12，X向传动单元8、Y向传动单元10或Z向传动单元1为直线导轨导向，并通过伺服电机、减速器和滚珠丝杠实现该方向运动。
所述的立柱4和底座9承力构件多采用加筋铸件。所述的X向传动单元8、Y向传动单元10或Z向传动单元1设有绝对式光栅尺，通过绝对式光栅尺读数反馈实现全闭环控制。所述的X向传动单元8、Y向传动单元10或Z向传动单元1设有限位开关和机械限位，且其伺服电机均带有抱闸制动。所述的Z向传动单元1设有蜗轮蜗杆减速器，利用其自锁特性锁定其工作位置。所述的立柱4顶部和X向滑板2上设有超声波传感器，检测飞机机身入位时定位器和飞机机身的距离。所述的测力机构14上设有力传感器，实时监控定位器Z向的受力状况。所述的球头入位机构13设有多个位移传感器，根据其初始安装位置和读数计算机身大部件工艺球头相对定位器的相对位置。所述的球头入位机构13设有手轮，利用手轮驱动定位器运动，完成飞机大部件工艺球头相对于定位器的初步定位。所述的球头锁紧机构12是伺服电机通过蜗杆涡轮减速器驱动转盘，进而控制卡爪沿转盘径向移动，执行对飞机大部件工艺球头的夹紧或放松操作。
定位器设计时采用偏置结构，X向滑板、Z向滑板位于定位器侧面(靠近机身)，可避免机身与定位器干涉；合理安排Y向拖板滑块的间距，保证其加载后重心落在底座的中间位置；立柱和底座等承力构件多采用加筋铸件，兼顾其强度、刚度和重量，有效载荷达50吨时，其最大变形控制在0.9mm之内，最大应力控制在120MPa内；立柱底部和起落架拖板相连，机身进站时定位器沿展向移开，飞机起落架可从起落架拖板上通过；X、Y、Z向传动单元都安装有绝对式光栅尺，通过其读数反馈实现全闭环控制；Z向传动单元安装有蜗轮蜗杆减速器，利用其自锁特性锁定其工作位置；X、Y、Z向均设有限位开关和机械限位，且其伺服电机均带有抱闸制动；立柱顶部和X向滑板上安装有超声波传感器，用来检测飞机机身入位时定位器和飞机机身的距离，避免两者发生干涉；飞机大部件工艺球头入位时，为方便工人现场操作，引入了手轮。利用手轮按键和旋钮选择所要驱动的定位器和相关运动参数，通过脉冲发生器产生的脉冲信号驱动定位器运动，完成飞机大部件工艺球头相对于定位器的初步入位；球头入位机构安装有多个位移传感器，飞机大部件工艺球头相对于定位器初步入位后，根据其初始安装位置和读数计算机身大部件工艺球头相对定位器的相对位置，进而驱动定位器进行位置补偿实现飞机大部件精确入位；测力机构上设有力传感器，实时监控定位器Z向的受力状况，并根据其受力状况调整定位器的位置，进而保证各定位器承载均衡和支撑对象受力合理；球头锁紧机构是伺服电机通过蜗杆涡轮减速器驱动转盘，进而控制卡爪沿转盘径向移动，执行对飞机大部件工艺球头的夹紧或放松操作。卡爪尾部安装有调整螺母以控制卡爪的初始位置；定位器可沿X、Y、Z三个方向精确移动和定位；定位器运用多轴协同运动技术，可实现X、Y、Z三个方向联动；若干个定位器构成一个并联机构，进而实现飞机大部件的支撑和位姿调整。
为了满足大型飞机机身和机翼“大十字”数字化对接的需要，定位器与固连于整体机身加强框上的工艺接头构成球铰副，4个一组构成一个并联机构基于四点调姿原理实现整体机身的位置和姿态调整，进而保姿态移动完成机身和机翼“大十字”对接。
使用本发明的步骤如下：
1)4个定位器立柱向两侧移开并将球头锁紧机构降至最低高度；
2)整体机身置于机身专门托架上由拖车牵引进入指定的对接装配区域；
3)启动定位器超声波防碰撞系统，机身定位器进入预定工作位置；
4)手轮驱动1号定位器至机身工艺球头初步入位；
5)球头入位机构计算机身工艺球头相对定位器的相对位置，进而驱动定位器进行位置补偿实现机身精确入位；
6)2-4号定位器采用类同1号定位器的方式依次入位；
7)测力机构监控1-4号定位器Z向的受力状况，并根据其受力状况调整定位器的位置，进而保证各定位器承载均衡；
8)1-4号定位器同步上升顶起飞机机身，机身托架撤离；
9)1-4号定位器基于四点调姿原理实现机身的位置和姿态调整；
10)机身位置和姿态调整到位后，1-4号定位器球头锁紧机构锁紧工艺球头为加工或对接做好准备。