本技術(shù)屬于飛機(jī)管路裝配，具體涉及一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、航空管路系統(tǒng)是飛機(jī)最為重要的系統(tǒng)之一，是飛機(jī)的“血管”和“氣管”，其主要功能為輸送各類介質(zhì)，包括燃油、液壓油、空氣、氧氣和氮?dú)獾?。在實際裝配過程中，受限于狹窄艙位、結(jié)構(gòu)遮擋和缺乏固定等因素，裝配工具往往無法按標(biāo)準(zhǔn)角度卡緊螺母進(jìn)行裝配，因此操作人員需要將部分導(dǎo)管與管接頭在地面進(jìn)行提前裝配，然后再整體安裝到飛機(jī)上。

2、然而，現(xiàn)階段導(dǎo)管的機(jī)外裝配過程通常采用地面手工裝配的方式進(jìn)行。操作人員通過腳踩導(dǎo)管、跪壓導(dǎo)管等方式將導(dǎo)管進(jìn)行固定，再利用裝配工具對螺母進(jìn)行裝配。這種裝配方式存在以下不足：(1)難以有效固定導(dǎo)管，導(dǎo)致導(dǎo)管在地面裝配過程中經(jīng)常隨裝配工具的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動；(2)難以平穩(wěn)地對螺母進(jìn)行施力裝配；(3)缺少裝配過程的控制，導(dǎo)致管路系統(tǒng)在地面裝配的質(zhì)量參差不齊。因此現(xiàn)階段地面裝配質(zhì)量差、效率低，難以保證飛機(jī)管路系統(tǒng)的裝配一致性，嚴(yán)重影響飛行安全。

3、現(xiàn)有技術(shù)如專利號為202010813177.9，名稱為“航空發(fā)動機(jī)管路裝配定位裝置及裝配方法”的中國發(fā)明專利，公開了一種航空發(fā)動機(jī)管路裝配定位裝置及裝配方法，其側(cè)重點在于航空發(fā)動機(jī)特定單一導(dǎo)管的定位過程，僅適用于二級引氣管的裝配，存在通用性不足、適應(yīng)性不足等缺點，無法滿足飛機(jī)大量導(dǎo)管的裝配需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、未解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出及一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測系統(tǒng)及方法，既能實現(xiàn)機(jī)外裝配功能的同時，也能滿足管路裝配過程實時控制的需求。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測方法，包括如下步驟：

4、步驟s1：構(gòu)建擰緊控制模型并初始化模型參數(shù)；

5、所述步驟s1構(gòu)建如公式(1)所示的機(jī)外數(shù)字化裝配擰緊控制模型，

6、f＝a(a0)+b(ksj)+c(amax)+d(tmax)???????????(1)

7、其中f代表最終的擰緊效果參數(shù)值，a(a0)代表初始裝配規(guī)范取值函數(shù)，b(ksj)代表斜率穩(wěn)定系數(shù)ksj取值函數(shù)，c(amax)代表擰緊角度最大值amax取值函數(shù)，d(tmax)代表擰緊力矩最大值tmax取值函數(shù)；

8、步驟s2：調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)并施加擰緊力矩；

9、步驟s3：實時讀取擰緊過程信息并繪制擰緊曲線折線圖；

10、步驟s4：實時判斷初始裝配規(guī)范性；

11、步驟s5：實時擬合線性段斜率kj；

12、步驟s6：實時判斷裝配過程規(guī)范性；

13、步驟s7：實時檢測擰緊力矩最大值tmax與擰緊角度最大值amax；

14、步驟s8：實時計算裝配結(jié)果；

15、步驟s9：實時檢測裝配可靠性。

16、再進(jìn)一步地，機(jī)外數(shù)字化裝配擰緊控制模型包括4個控制參數(shù)和8個邊界參數(shù)，其中4個控制參數(shù)由裝配過程中采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算之后作為輸入，8個邊界參數(shù)由工藝人員提前進(jìn)行指定；4個控制參數(shù)分別是貼合角度a0，斜率穩(wěn)定系數(shù)ksj，擰緊角度最大值amax和擰緊力矩最大值tmax；8個邊界參數(shù)分別是貼合力矩t0，初始裝配規(guī)范角度區(qū)間下限a0min，初始裝配規(guī)范角度區(qū)間上限a0max，斜率偏離閾值kl，擰緊角度區(qū)間下限a1，擰緊角度區(qū)間上限a2，擰緊力矩區(qū)間下限t1，擰緊力矩區(qū)間上限t2。

17、進(jìn)一步地，所述步驟s2中，將管接頭安裝在固定支座4-1上，調(diào)整滑塊4-3、調(diào)姿支撐機(jī)構(gòu)4-4的位置，使導(dǎo)管與接頭處于初始對中狀態(tài)，利用數(shù)字化裝配工具5對外套螺母施加擰緊力矩。

18、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體為：持續(xù)施加擰緊力矩使外套螺母旋轉(zhuǎn)，以固定傳輸頻率f將施加的擰緊力矩信息ti,i＝1,2?3,…,m、擰緊角度信息ai,i＝1,23,…,m，實時傳輸，構(gòu)建為角度矩陣a和力矩矩陣t，其中m為接收到的時序數(shù)據(jù)點的數(shù)量，角度矩陣a和力矩矩陣t的元素一一對應(yīng)；

19、其中：

20、

21、將接收到的信息進(jìn)行解碼與轉(zhuǎn)換，以a作為橫坐標(biāo)，以t作為縱坐標(biāo)，繪制折線圖，并實時顯示擰緊曲線折線圖。

22、進(jìn)一步地，所述s4具體為：給定參考初始力矩t0，構(gòu)建貼合角度取值函數(shù)e(ts)，實時比較力矩矩陣t最后一個元素ts與參考初始力矩t0的大小；貼合角度取值函數(shù)e(tm)的取值，當(dāng)tm等于或大于t0時，即tm-1＜t0且tm≥t0，導(dǎo)管到達(dá)貼合點，此時ts的值為貼合力矩，角度矩陣a最后一個元素as即為貼合角度a0，

23、

24、再進(jìn)一步地，構(gòu)建初始裝配規(guī)范取值函數(shù)a(a0)：

25、

26、判斷a0是否位于區(qū)間[a0min,a0max]內(nèi)，若a0＜a0min，則a(a0)＝0，此時貼合角度過小，說明導(dǎo)管正式裝配前未完全旋松，未調(diào)整至初始狀態(tài)，不符合初始裝配規(guī)范，需要旋松螺母，從新進(jìn)行裝配；若a0＞a0max，則a(a0)＝0，此時貼合角度過大，說明導(dǎo)管存在初始裝配應(yīng)力，不符合初始裝配規(guī)范；該情形下，返回步驟s2，旋松螺母，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)，施加擰緊力矩從新進(jìn)行裝配。若a0位于區(qū)間[a0min,a0max]內(nèi)，則a(a0)＝1，符合初始裝配規(guī)范。

27、進(jìn)一步地，所述步驟s5具體為：

28、持續(xù)施加擰緊力矩使外套螺母旋轉(zhuǎn)；擰緊曲線在超過點(as，ts)之后的形態(tài)為線性段，且將識別到的貼合角度as和貼合力矩ts作為線性段的起點；繼續(xù)實時采集擰緊力矩信息tm和擰緊角度信息am，將進(jìn)入線性段后的角度矩陣a和力矩矩陣t的最后一個元素的下標(biāo)標(biāo)記為m，m≥s+1，則角度矩陣a最后一個元素為am，力矩矩陣t最后一個元素為tm；

29、按照公式(6)計算線性區(qū)間內(nèi)角度的平均值按照公式(7)計算線性區(qū)間內(nèi)力矩的平均值

30、

31、令j＝i-s+1，并按照公式(8)實時擬合線性段的斜率kj：

32、

33、其中ai(i＝s+1,s+2,…,m)為角度矩陣t對應(yīng)下標(biāo)的元素值，其中ti(i＝s+1,s+2,…,m)為力矩矩陣t對應(yīng)下標(biāo)的元素值。

34、進(jìn)一步地，所述步驟s6具體為：

35、通過公式(9)實時計算斜率穩(wěn)定系數(shù)ksj：

36、

37、其中

38、

39、定義斜率穩(wěn)定系數(shù)ksj取值函數(shù)b(ksj)：

40、

41、設(shè)置斜率偏離閾值kl，若當(dāng)前的ksj＞kl，則b(ksj)＝0，認(rèn)為曲線斜率發(fā)生了明顯偏移，裝配過程存在規(guī)范性問題，該情形下，返回步驟s2，旋松螺母，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)，施加擰緊力矩從新進(jìn)行裝配；若當(dāng)前的ksj≤kl，則b(ksj)＝1，認(rèn)為斜率處于穩(wěn)定的區(qū)間，裝配過程的規(guī)范性較好。

42、進(jìn)一步地，步驟s7具體為：

43、持續(xù)施加擰緊力矩使外套螺母旋轉(zhuǎn)。將進(jìn)入線性段后的角度矩陣a和力矩矩陣t最后一個元素的下標(biāo)標(biāo)記為m，其中m≥s+1，則擰緊角度最大值amax和擰緊力矩最大值tmax的計算公式分別如公式(12)和公式(13)所示；

44、amax＝max?(a1,a2,…,as,…,am)?(12)

45、tmax＝max?(t1,t2,…,ts,…,tm)?(13)。

46、進(jìn)一步地，所述步驟s8具體為：

47、以角度a為橫坐標(biāo)，以力矩t為縱坐標(biāo)，構(gòu)建一個平面區(qū)域，設(shè)置角度有效區(qū)間為[a1,a2]，設(shè)置力矩有效區(qū)間為[t1,t2]；通過坐標(biāo)點(a1,t1)，(a2,t1)，(a1,t2)，(a2,t2)，構(gòu)建一個邊界矩形區(qū)域rectvalid。

48、再進(jìn)一步地，構(gòu)建擰緊角度最大值取值函數(shù)c(amax)如公式(14)所示；

49、

50、當(dāng)amax＜a1時，c(amax)＝0；當(dāng)amax＞a2時，c(amax)＝1；當(dāng)a1≤amax≤a2時，c(amax)＝2；

51、構(gòu)建擰緊力矩最大值取值函數(shù)c(amax)，如公式(15)所示：

52、

53、當(dāng)tmax＜t1時，d(tmax)＝0；當(dāng)tmax＞t2時，d(tmax)＝1；當(dāng)t1≤tmax≤t2時，d(tmax)＝2。

54、進(jìn)一步地，所述步驟s9具體為：

55、由公式(1)計算得出構(gòu)建的擰緊控制模型結(jié)果，構(gòu)建的邊界矩形區(qū)域rectvalid將平面區(qū)域分割為9個部分，分別對應(yīng)9種可能出現(xiàn)的擰緊情形，如下所示：

56、(1)情形1：c(amax)＝0，d(tmax)＝0，計算可得f＝2；該情形下amax＜a1，tmax＜t1，因此認(rèn)為該情形尚未達(dá)到最終的擰緊狀態(tài)，該情形下系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)至步驟s5，繼續(xù)實時檢測擰緊過程。

57、(2)情形2：c(amax)＝1，d(tmax)＝0，計算可得f＝3；該情形下amax＞a2，tmax＜t1，因此認(rèn)為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)并施加擰緊力矩。

58、(3)情形3：c(amax)＝0，d(tmax)＝1，計算可得f＝3；該情形下amax＜a1，tmax＞t2，因此認(rèn)為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)并施加擰緊力矩。

59、(4)情形4：c(amax)＝1，d(tmax)＝1，計算可得f＝4；該情形下amax＞a2，tmax＞t2，因此認(rèn)為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)并施加擰緊力矩。

60、(5)情形5：c(amax)＝0，d(tmax)＝2，計算可得f＝4；該情形下amax＜a1，t1≤tmax≤t2，因此認(rèn)為該情形尚未達(dá)到最終的擰緊狀態(tài)，該情形下系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)至步驟s5，繼續(xù)實時檢測擰緊過程。

61、(6)情形6：c(amax)＝2，d(tmax)＝0，計算可得f＝4；該情形下a1≤amax≤a2，tmax＜t1角度到達(dá)設(shè)定的工藝參數(shù)區(qū)間，因此認(rèn)為該情形尚未達(dá)到最終的擰緊狀態(tài)，該情形下系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)至步驟s5，繼續(xù)實時檢測擰緊過程。

62、(7)情形7：c(amax)＝1，d(tmax)＝2，計算可得f＝5；該情形下amax＞a2，t1≤tmax≤t2，力矩到達(dá)設(shè)定的工藝參數(shù)區(qū)間，因此認(rèn)為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)并施加擰緊力矩。

63、(8)情形8：c(amax)＝2，d(tmax)＝1，計算可得f＝5；該情形下a1≤amax≤a2，tmax＞t2角度到達(dá)設(shè)定的工藝參數(shù)區(qū)間，因此認(rèn)為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調(diào)整導(dǎo)管與接頭至初始狀態(tài)并施加擰緊力矩。

64、(9)情形9：c(amax)＝2，d(tmax)＝2，計算可得f＝6；該情形下a1≤amax≤a2，t1≤tmax≤t2，因此認(rèn)為該情形符合擰緊要求，該情形下，擰緊結(jié)果已滿足要求，結(jié)束擰緊操作。由于當(dāng)前實時檢測結(jié)果滿足要求，因此停止擰緊操作。

65、一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測系統(tǒng)，包括控制器、顯示器、可移動車體、裝配桌面和數(shù)字化裝配工具；

66、所述控制器用于運(yùn)行一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測方法，接收數(shù)字化裝配工具傳輸?shù)难b配過程信息，并向顯示器傳輸接收到的裝配過程信息；

67、所述顯示器用于實時顯示裝配過程數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果；

68、所述可移動車體用于放置控制器、顯示器和裝配桌面；

69、所述裝配桌面用于實施導(dǎo)管與接頭的機(jī)外輔助裝配；

70、所述數(shù)字化裝配工具用于對外套螺母施加擰緊力矩。

71、進(jìn)一步地，所述裝配桌面包括固定支座、導(dǎo)軌、滑塊、調(diào)姿支撐機(jī)構(gòu)和桌面；所述桌面安裝有固定支座和導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌上安裝有滑塊，所述滑塊上安裝有調(diào)姿支撐機(jī)構(gòu)；

72、所述固定支座用于固定管接頭；

73、所述導(dǎo)軌用于支撐滑塊；

74、所述滑塊用于支撐調(diào)姿支撐機(jī)構(gòu)；

75、所述調(diào)姿支撐機(jī)構(gòu)通過調(diào)整自身的位姿支撐待裝配的導(dǎo)管；

76、所述桌面上預(yù)留有螺紋連接孔。

77、本技術(shù)的優(yōu)點在于：

78、1、本發(fā)明主要用于在機(jī)外進(jìn)行管路裝配時，對導(dǎo)管的裝配過程進(jìn)行實時檢測，一方面解決了航空管路機(jī)外地面裝配導(dǎo)致的表面損傷等質(zhì)量問題，另一方面解決了管路系統(tǒng)裝配過程裝配力矩不足、裝配力矩過大等質(zhì)量問題。

79、2、本發(fā)明針對現(xiàn)階段航空管路機(jī)外手工裝配存在的預(yù)緊力不足、操作繁瑣、缺少過程控制、裝配質(zhì)量低等問題，設(shè)計一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測系統(tǒng)，并提供一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測方法，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)管路機(jī)外裝配過程的控制，滿足高效高質(zhì)量裝配需求。

80、3、本發(fā)明了提供了一種集成度高、簡單高效的機(jī)外裝配過程在線檢測系統(tǒng)，構(gòu)建了管路裝配過程擰緊控制模型，同時提供了一種機(jī)外裝配過程在線檢測方法。利用具備扭矩采集和角度采集的裝配工具，采集裝配過程中的擰緊力矩和旋轉(zhuǎn)角度，實時讀取擰緊過程數(shù)據(jù)信息。將擰緊過程數(shù)據(jù)信息輸入擰緊控制模型，同時設(shè)定導(dǎo)管機(jī)外裝配控制參數(shù)和邊界參數(shù)，實現(xiàn)了導(dǎo)管裝配全過程的實時在線檢測，包括初始裝配規(guī)范性、過程裝配規(guī)范性和裝配結(jié)果可靠性。應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行導(dǎo)管裝配，能夠?qū)C(jī)上狹窄空間裝配的導(dǎo)管轉(zhuǎn)移到機(jī)外進(jìn)行裝配，同時能夠嚴(yán)格控制管路裝配過程的各個環(huán)節(jié)，有效提升導(dǎo)管的裝配質(zhì)量。

81、4、本發(fā)明提供的一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測系統(tǒng)，創(chuàng)新性地實現(xiàn)了機(jī)上狹窄空間的導(dǎo)管裝配工作向機(jī)外數(shù)字化裝配工作的轉(zhuǎn)變，克服了機(jī)上艙位空間狹小、零件成品遮擋等限制條件，解決了現(xiàn)階段機(jī)上狹窄空間導(dǎo)管裝配質(zhì)量差、裝配可靠性低的問題。

82、5、本發(fā)明提供的一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測系統(tǒng)，創(chuàng)新性地實現(xiàn)了航空導(dǎo)管的數(shù)字化裝配，實現(xiàn)了裝配過程數(shù)據(jù)的在線采集與分析，解決了現(xiàn)階段出現(xiàn)導(dǎo)管裝配質(zhì)量問題時，無法追溯裝配過程的問題。

83、6、本發(fā)明提供的一種管路機(jī)外裝配過程在線檢測方法，創(chuàng)新性地構(gòu)建了參數(shù)化擰緊控制模型，建立了導(dǎo)管裝配過程各階段裝配質(zhì)量的反饋機(jī)制，實現(xiàn)了裝配過程數(shù)據(jù)的全自動參數(shù)化分析與評估，同時實現(xiàn)了裝配全過程的裝配質(zhì)量控制，有效提升了導(dǎo)管裝配質(zhì)量。