Elmo运动控制系统在飞机数字化装配系统中的应用

飞机的部件成千上万，其中很多的结构件为钣金件或复合材料组成的薄型板状结构，其特点是外形复杂，连接面多为不规则曲面，同时其材料和形状决定了其具有的工艺刚性相对比较小，容易变形，给加工和装配都带来了比较大的困难。近年来，随着自动化水平的不断提高，通过引入了先进的数控技术，使得零件的加工技术得到了大幅度的提升，零件的制造周期大大缩短，品质也得到了很大的改善。但是，飞机的部件装配与整体机身的装配仍沿用传统的方法，无法适应先进的数控加工技术带来的效率的提高。飞机装配技术已经制约着飞机制造业的发展。本文主要介绍了通过使用Elmo运动控制系统，借助多点成形技术实现飞机柔性数字化装配。

系统工艺流程

图1示出工艺流程。多点成形技术是柔性工装设计的技术基础，其基本原理为采用多个均匀离散的点来拟合飞机装配部件的三维型面，通过精确的数字建模，控制各点的点位来达到精准的控制，使工装表面完全贴合飞机零件表面。使用这种柔性装配技术可以使飞机装配型架的制造周期大大缩短，并可以取代大部分固定装配型架。同时由于其采用了离散式的点位控制方式，使得该系统具有可重构性，一套该系统可以完成多种表面形状的零件工装。


图1 工艺流程图

固定飞机薄壁板采用的是行列可移动式动态工装，其基本元器件为可移动的导轨副以及高度可以调整的支撑夹持单元，以上元器件的控制均通过数控伺服完成，通过伺服的不同位置调整使整个工装系统按照理论的点位分布，使蒙皮达到理论的工装外形。

系统框架

本系统主要包括以下几个部分:系统计算机主要计算并且给出数学模型;人机界面可以实时的显示和设定一些现场的工作参数；三维激光测量可以反馈实际的位置值回当前的系统计算机;以色列Elmo公司的MAESTRO多轴控制器为本运动控制系统的核心，配合CAN总线上挂接的多颗Elmo公司的伺服驱动器完成对多个点位的位置控制;同时，由于工艺方面需要的夹持等功能，故CAN总线上还挂接有一些现场总线I/O。如图2所示。


图2 系统框架

通讯部分

通讯部分，主要包括两大层面:

第一层面为以太网层

满足标准的TCP/IP协议，应用该通讯方式主要有以下好处:

通讯距离长，以太网的通讯极限一般可以控制到200m，基本上满足了大型飞机等设备的装配空间，同时避免了使用光纤通讯所耗费的大量的成本;

标准的TCP/IP协议，普通的计算机、工控设备可以很好的接入;

一般用户都比较熟悉使用，应用控制等技术相对比较稳定、成熟;

同时配合人机界面在设备现场通过RS-232方式操控和设定工作参数，弥补了以太网长通讯距离造成的操作不便。

第二个层面为现场总线层面

采用了目前在欧美普遍使用的CAN总线形式，使用该总线会给该系统带来如下的好处:

CAN总线为一种集分布式控制和实时控制于一体的串行通讯局域网络，其高可靠性、高性能、高实时性等特点已经得到了广泛的认可和应用;