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基于Elmo运动控制系统的飞机数字化装配过程浅析

归档日期:06-15       文本归类:运动控制      文章编辑:爱尚语录

  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。

  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。

  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。

  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 系统框架

  以色列Elmo公司设计生产的MAESTRO为一种基于网络的多轴运动控制器,可以完成2D、2.5D的差补,多个轴的同步以及开始、停止等类似 PLC的运动控制功能,同时其在整个系统的通讯层面可以完成的工作很丰富,诸如:网络的网关;各个节点的状态的监控;运动的网络远程访问和控制;CAN现场总线的主站等。

  其中,按照功能不同,将其内部分为了五层,分别用不同的颜色表示,具体功能如下:

  作为CAN现场总线主站的MAESTRO可以提供很多的网络功能,其中包括了完成网络配置;侦测并描述出CAN网络中存在的CAN设备;通过使用标准的CANOpen协议完成CAN网络信息的接收和发送;CAN网络报警信息处理;根据其内部自带的同步机制完成时钟同步;通过使用CANOpen 的 DS301、DS305、DS401、DS402协议完成各个CAN设备之间的通讯等。同时,其作为同步运动控制器还可以实现以下一系列的同步功能: 发送同步运动指令到指定的运动单元轴;同步运动单元轴之间的启动和停止等动作;通过其内部的callback功能实现对运动完成以及Elmo驱动器内部定义的触发条件等的监控;以及发送通知到上位机等。

  在与上位机通讯的过程中,MAE-STRO可以使用的通讯方式有TCP/IP以及RS-232。通过该通讯可以完成的功能包括:程序的上传和下载;系统当前的状态反馈;用户程序运行情况的反馈;传输和解释对MAESTRO的指令以及对任意一台终端CAN设备的操作指令。用户还可以通过使用 Elmo公司提供的Composer软件通过这条通路完成对终端Elmo驱动器的直接操作和监控。

  在运行用户程序方面,MAESTRO也有其独有的一些特点:其作为一个全面可编程的运动控制器可以实现并完成多轴运动的编程工作;可以运行一个或者多个用户程序;用户可以通过使用MAESTRO的编程语言来实现对其的编程操作,其编程语言与Elmo公司的驱动器的编程语言类似,都属于类C的计算机语言,非常容易掌握;同时,其编程环境可以使用Elmo公司提供的Elmo Studio软件来轻松实现。

  目前,应用该套分布式控制系统的飞机柔性装配系统已经通过了国家的验收,准备投入批量生产。由于国内对于CAN总线的研究起步比较晚,在具体应用方面相对于国外也有很大的差距,对这方面的了解也并不是很全面,还处于摸索阶段。但是通过该项目的成功应用,更加坚定了公司对这种分布式控制系统的推广信心。我们将会加倍努力,将该套控制系统应用于诸如医疗、纺织、印刷等更多的行业和领域。

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