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CN108229615B - 一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法 - Google Patents

一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法，该系统包括中央计算机控制单元、零部件装配工艺数据库、装配站激光辅助定向装置、装配站数字化显示平台及进场零部件扫码系统；中央计算机控制单元在读取扫码系统识别出的进场零部件编码信息后，从零部件装配工艺数据库中提取相应的零部件装配数据，分别传送给激光辅助定向系统和数字化显示平台；数字化显示平台上反复播放待装配零部件的装配工艺规程和装配工艺仿真动画以提示现场工程师；激光投射器将指向激光束投射到待装配零部件在该发动机装配体上的安装位置；由现场工程师执行零部件的现场装配任务；本发明能够在快速、准确地定位零部件的安装位置的同时，显著提高航空发动机的整机装配效率。

Description

一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法
技术领域
本发明涉及航空发动机数字化装配技术领域，具体涉及到一种用于航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法。
背景技术
航空发动机是航空飞行器的核心动力部件，其制造和装配技术水平是一个国家科技实力、工业实力和国防实力的重要象征。当代的大型涡轮风扇航空发动机具有很高的结构复杂度和技术精密度，通常由数十万件各类零部件通过复杂的工艺技术流程精密装配而成。
一般地，大型航空发动机中包括了各种类型的管路、支架等中小尺寸零件。它们的数量很多、种类庞杂、形态各异，在实际的装配生产线上，难以快速辨识。目前，在我国大型航空发动机的装配生产中，这些零部件的装配工艺准备时间长、装配操作效率低，其总体装配时间在发动机整机装配周期中占了很高的比例，同时还存在着小型零部件安装错误及安装一致性方面的问题。这已经成为制约我国航空发动机生产技术水平提升、质量提升的重要因素。
发明内容
为解决大型航空发动机装配中各类小型零部件所存在的装配效率及装配质量的问题，本发明提出了一种用于航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法，这一系统以零部件数字化模型及工艺信息为依托，综合运用三维虚拟装配仿真技术及装配工位内的激光辅助定向技术，引导工程师快速辨识零部件并在发动机上快速完成装配任务，从而大幅提高航空发动机各类小型零部件的装配工艺质量和装配效率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统，包括中央计算机控制单元1、零部件装配工艺数据库2、装配站激光辅助定向装置3、装配站数字化显示平台4及进场零部件扫码系统5；
所述中央计算机控制单元1在读取进场零部件扫码系统5识别出的进场零部件编码信息后，从零部件装配工艺数据库2中提取相应的零部件装配数据，包括空间安装坐标位置及装配工艺规程文件和装配工艺仿真动画文件，分别传送给装配站激光辅助定向系统3和装配站数字化显示平台4。
所述零部件装配工艺数据库2中包括零部件的二维码、零部件的空间安装坐标位置、零部件的装配工艺规程文件及零部件装配工艺仿真动画文件；所述零部件的二维码作为零部件的识别信息，所述零部件的空间安装坐标位置用于装配站激光辅助定向装置3对发动机零部件位置进行定位，所述零部件的装配工艺规程文件和零部件的装配工艺仿真动画文件用于装配站数字化显示平台4进行播放，提示现场工程师有关零部件的装配方法及技术要求。
所述装配站激光辅助定向装置3由两个具有两自由度精密转动控制功能的激光投射器6、投射器安装架7和测量坐标系标定模块8组成，用于在装配站内建立航空发动机装配体的空间坐标系，并向待装配零部件在发动机上的目标装配位置投射指向激光束；所述激光投射器6安装在投射器安装架7上，投射器安装架7对称固定安装在航空发动机装配站上部工装左右两侧的中间位置，并与航空发动机在装配站位上的安装基准保持较高的位置精度。所述测量坐标系标定模块8包括四个小型定位模块，分别安装在投射器安装架7上和航空发动机在装配站位上的安装基准上，保持较高的相互位置精度，用于建立基于激光投射器6的空间测量坐标系。
所述装配站数字化显示平台4，用于显示待装配零件的装配工艺规程文件并播放零部件的装配工艺仿真动画，以可视化方式指导、提示现场工程师有关零部件的装配方法及技术要求。
所述进场零部件扫码系统5用于识别进场零部件的二维码信息，并将信息发送给中央计算机控制单元1。
基于所述航空发动机零部件的数字化装配支持系统对航空发动机零部件进行装配的方法，包括如下具体步骤：
步骤1：利用测量坐标系标定模块8的诸定位模块，建立发动机装配站内的三维空间坐标系，精准标定激光投射器6与发动机装配基准之间的位置姿态关系，建立以激光投射器6为核心的空间测量坐标系；
步骤2：装配现场输入一个待装配零部件之后，首先扫描发动机零部件的二维码，信息录入中央计算机控制单元1；
步骤3：中央计算机控制单元1根据零部件二维码信息从零部件装配工艺数据库2中提取待装配零部件的空间安装坐标位置、装配工艺规程和装配工艺仿真动画文件；
步骤4：在装配站数字化显示平台4上反复播放待装配零部件的装配工艺规程和装配工艺仿真动画，提示现场工程师待装配零部件的装配方法及技术要求；同时，激光投射器6将指向激光束投射到待装配体在该发动机装配体上的安装位置；
步骤5：现场工程师按照所提示的待装配零部件空间安装坐标位置、装配工艺规程和装配工艺仿真动画，执行零部件的现场装配任务。
本发明的有益效果是：在航空发动机各类零部件特别是众多小型零部件装配的过程中，通过虚拟装配仿真与激光辅助定向的协同工作，能够在快速、准确地定位零部件的安装位置的同时，以数字化、可视化的方式辅助工程师按照工艺要求完成零部件的安装任务。这种方法可以大大减轻发动机装配工程师的工作负担，降低错装、漏装概率，提高同类零部件的安装一致性、提高发动机整机装配的效率。
附图说明
图1是本发明装配支持系统的配置原理图。
图2是本发明装配站激光辅助定向系统布局图。
图3是本发明激光投射器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明是一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统，可直接嵌入到典型航空发动机装配站内。包括中央计算机控制单元1、零部件装配工艺数据库2、装配站激光辅助定向装置3、装配站数字化显示平台4及进场零部件扫码系统5等。
一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统，包括中央计算机控制单元1、零部件装配工艺数据库2、装配站激光辅助定向装置3、装配站数字化显示平台4及进场零部件扫码系统5等。
所述中央计算机控制单元1在读取进场零部件扫码系统5识别出的进场零部件编码信息后，从零部件装配工艺数据库2中提取相应的零部件装配数据，包括空间安装坐标位置及装配工艺规程文件、装配工艺仿真动画文件等，分别传送给激光辅助定向装置3和装配站数字化显示平台4。
所述零部件装配工艺数据库2中包括零部件的二维码、零部件的空间安装坐标位置、零部件的装配工艺规程文件及零部件装配工艺仿真动画文件。所述零部件的二维码作为零部件的识别信息，所述零部件的空间安装坐标位置用于装配站激光辅助定向装置3对发动机零部件位置进行定位，所述零部件的装配工艺规程和零部件的装配工艺仿真动画用于装配站数字化显示平台4进行播放，提示现场工程师有关零部件的装配方法及技术要求。
如图2和3所示，所述装配站激光辅助定向装置3由两个具有两自由度精密转动控制功能的激光投射器6、投射器安装架7和测量坐标系标定模块8组成，用于在装配站内建立航空发动机装配体的空间坐标系，并向待装配零部件在发动机上的目标装配位置投射指向激光束。所述激光投射器6安装在投射器安装架7上，投射器安装架7对称固定安装在航空发动机装配站上部工装左右两侧的中间位置，并与航空发动机在装配站位上的安装基准保持较高的位置精度。所述测量坐标系标定模块8包括四个小型定位模块，分别安装在投射器安装架7上和航空发动机在装配站位上的安装基准上，保持较高的相互位置精度，用于建立基于激光投射器6的空间测量坐标系。
所述装配站数字化显示平台4，用于显示待装配零件的装配工艺规程文件并播放零部件的装配工艺仿真动画，以可视化方式指导、提示现场工程师有关零部件的装配方法及技术要求。
所述进场零部件扫码系统5用于识别进场零部件的二维码信息，并将信息发送给中央计算机控制单元1。
基于所述航空发动机零部件的数字化装配支持系统，包括如下具体步骤：
步骤1：利用测量坐标系标定模块8的诸定位模块，建立发动机装配站内的三维空间坐标系，精准标定激光投射器6与发动机装配基准之间的位置姿态关系，建立以激光投射器6为核心的空间测量坐标系。
步骤2：装配现场输入一个待装配零部件之后，首先扫描发动机零部件的二维码，信息录入中央计算机控制单元1。
步骤3：中央计算机控制单元1根据零部件二维码信息从零部件装配工艺数据库2中提取待装配零部件的空间安装坐标位置、装配工艺规程和装配工艺仿真动画文件。
步骤4：在装配站数字化显示平台4反复播放该发动机零部件的装配工艺规程和装配工艺仿真动画；同时，激光投射器6中能够将指向激光束投射到待装配零部件在航空发动机装配体上安装位置的那一个投射器，根据零部件的空间安装坐标位置数据调整轴向转动角和俯仰角，将指向激光投射到待装配体在该发动机上的安装位置。
步骤5：现场工程师按照所提示的待装配零部件空间安装坐标位置、装配工艺规程和装配工艺仿真动画等，执行零部件的现场装配任务。

Claims (5)

1.一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统，其特征在于，包括：
中央计算机控制单元(1)、零部件装配工艺数据库(2)、装配站激光辅助定向装置(3)、装配站数字化显示平台(4)及进场零部件扫码系统(5)；
所述中央计算机控制单元(1)在读取进场零部件扫码系统(5)识别出的进场零部件编码信息后，从零部件装配工艺数据库(2)中提取相应的零部件装配数据，包括空间安装坐标位置及装配工艺规程文件和装配工艺仿真动画文件，分别传送给装配站激光辅助定向装置(3)和装配站数字化显示平台(4)；
所述装配站激光辅助定向装置(3)由两个具有两自由度精密转动控制功能的激光投射器(6)、投射器安装架(7)和测量坐标系标定模块(8)组成，用于在装配站内建立航空发动机装配体的空间坐标系，并向待装配零部件在发动机上的目标装配位置投射指向激光束；所述激光投射器(6)安装在投射器安装架(7)上，投射器安装架(7)对称固定安装在航空发动机装配站上部工装左右两侧的中间位置，并与航空发动机在装配站位上的安装基准保持较高的位置精度；所述测量坐标系标定模块(8)包括四个小型定位模块，分别安装在投射器安装架(7)上和航空发动机在装配站位上的安装基准上，保持较高的相互位置精度，用于建立基于激光投射器(6)的空间测量坐标系。
2.根据权利要求1所述航空发动机零部件的数字化装配支持系统，其特征在于，所述零部件装配工艺数据库(2)中包括零部件的二维码、零部件的空间安装坐标位置、零部件的装配工艺规程文件及零部件装配工艺仿真动画文件；所述零部件的二维码作为零部件的识别信息，所述零部件的空间安装坐标位置用于装配站激光辅助定向装置(3)对发动机零部件位置进行定位，所述零部件的装配工艺规程文件和零部件的装配工艺仿真动画文件用于装配站数字化显示平台(4)进行播放，提示现场工程师有关零部件的装配方法及技术要求。
3.根据权利要求1所述航空发动机零部件的数字化装配支持系统，其特征在于，所述装配站数字化显示平台(4)，用于显示待装配零件的装配工艺规程文件并播放零部件的装配工艺仿真动画，以可视化方式指导、提示现场工程师有关零部件的装配方法及技术要求。
4.根据权利要求1所述航空发动机零部件的数字化装配支持系统，其特征在于，所述进场零部件扫码系统(5)用于识别进场零部件的二维码信息，并将信息发送给中央计算机控制单元(1)。
5.一种基于权利要求1至4任一项所述航空发动机零部件的数字化装配支持系统对航空发动机零部件进行装配的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤1：利用测量坐标系标定模块(8)的诸定位模块，建立发动机装配站内的三维空间坐标系，精准标定激光投射器(6)与发动机装配基准之间的位置姿态关系，并建立以激光投射器(6)为核心的空间测量坐标系；
步骤2：装配现场输入一个待装配零部件之后，首先扫描发动机零部件的二维码，信息录入中央计算机控制单元(1)；
步骤3：中央计算机控制单元(1)根据零部件二维码信息从零部件装配工艺数据库(2)中提取待装配零部件的空间安装坐标位置、装配工艺规程和装配工艺仿真动画文件；
步骤4：在装配站数字化显示平台(4)上反复播放待装配零部件的装配工艺规程和装配工艺仿真动画，提示现场工程师待装配零部件的装配方法及技术要求；同时，激光投射器(6)将指向激光束投射到待装配零部件在该发动机装配体上的安装位置；
步骤5：现场工程师按照所给的待装配零部件空间安装坐标位置、装配工艺规程和装配工艺仿真动画，执行零部件的现场装配任务。
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