飞机自动喷涂碰撞防护方法

2016-03-02刘晨，张波，贾沛

制造业自动化 2016年4期

刘晨，张波，贾沛

（1.中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司；2.北京机械工业自动化研究所，）

0 引言

为实现飞机的自动喷涂，在国家重大专项资金的资助下，本课题研制了尾翼自动喷涂装备[1]，用于飞机尾翼，包括平尾和垂尾外表面的喷涂。

装备是在现有人工喷涂厂房内改造完成，根据需要在整机状态下进行喷涂。飞机采用牵引车牵引就位后不再进行调整。为了保证飞机定位的一致性。在地面施画了轮胎引导线和前轮停止线，以便每次飞机停放在大致相同的位置。但由于飞机体型的巨大，微小的偏差都会带来机翼末端位置的严重偏差。同时由于每台飞机的状态均不相同，包括航油重量、发动机是否安装、轮胎气压等都会对飞机的姿态造成影响。

上述偏差都会对喷涂效果产生重大影响，甚至造成飞机与喷涂装备发生碰撞。因此必须采取措施解决。

本文介绍喷涂装备的结构和工作方式，以及由此带来的安全性问题。并提出针对此类问题的解决方案。

1 装备描述

1.1 喷涂系统

喷涂系统包括6自由度喷涂机器人、3自由度变位机、带双喷枪的延长杆，以及相关的输供漆、控制等系统。

3自由度变位机实现机器人沿飞机宽度方向（X轴）、沿飞机前后方向（Y轴）和垂直方向（Z轴）的运动。其作用是扩大机器人可达范围，满足飞机水平尾翼和垂直尾翼空间分布距离远，表面形状复杂的喷涂需求。机器人安放在Z轴平台上。

机械系统如图1所示。

图1 飞机尾翼自动喷涂系统

延长杆加装在机器人手腕部，延长杆末端安装扇面相互垂直的两把喷枪，以增加编程便利性。喷枪安装方式如图2所示。

图2 双喷枪系统

1.2 位置检测系统

为解决引言中提出是飞机定位问题，目前采用的方法有两种，一种是应用调整装置调整飞机位姿，使飞机与喷涂装备处于相对固定的位置。F-35整机喷涂即采用移动台车（Paint Cell Dolly）进行飞机水平和高度的调整[2]；另一种方法是测量飞机的位姿[3]，调整喷涂装备来适应偏差。课题采用的是第二种方式。

课题采用激光跟踪仪作为检测仪器，在机器人示教过程中确定模型飞机与喷涂装备之间的位置关系，设定飞机坐标系与机器人坐标系重合，在飞机坐标系下进行编程。该方法在课题研制的进气道喷涂系统中得到成功应用[4]。

2 工作方式

本课题采用的补偿方式为：飞机定位后首先检测实际飞机坐标系与示教飞机坐标系，即机器人坐标系之间的关系，确定飞机偏移量，由机器人更改末端位姿来完成偏移量补偿。而3自由度外部轴仍然运动到原来设定位置。

由图1中喷涂照片可以看出，虽然增加了变位机和延长杆，喷涂时装备与飞机的距离仍然很近，特别是使用二号喷枪时。如直接进行喷涂作业，可能会出现机器人和变位机与飞机碰撞的危险。因此需要在正式喷涂前手动低速模拟喷涂过程，检验偏移补偿的有效性和喷涂作业的安全性。

即便如此，由于人工操作存在不确定性，在进行模拟操作时仍有发生碰撞的可能性，因此需要在技术上采取措施。

3 解决方案

从根本上解决问题的方法是在机器人和变位机上安装传感器，在装备与飞机碰撞前报警。目前通用机器人尚未集成碰撞检测传感器。一方面原因是机器人属于多自由度机构，工作范围大，很难预测哪些部位会发生碰撞；同时工业机器人技术目前发展非常成熟，公开报道的机器人事故通常发生在示教或者检测、检修时，安装传感器的必要性不大。

特殊应用场合，如AGV等，采用加装传感器的方式进行距离检测，常用的传感器有非接触式测距和接触式两类。非接触式测距通常采用激光、超声波、红外等测距，接触式传感器则多利用机械触碰微动开关原理。

在喷涂环境下，由于漆雾中含有复杂金属成分，激光和超声波等传感器无法正常工作，而一些接触式传感器普遍无法在爆炸环境应用。同时在装备进行喷涂时，为防止漆雾落在机器人上，需要为机器人穿上防护罩，这也影响到传感器的正常工作。

综上所属，在喷涂作业中很难进行飞机与装备之间的位置检测，比较可行的办法是在模拟过程中进行检测。

4 传感器应用

本课题采用了工业无线网络进行组网，用激光传感器进行测距。实现了测量数据的非接触采集、集中处理和无线传输三种功能。

无线网络模块采用了美国邦纳的无线模块，模块主要包括DX80网关、DX80节点、FlexPower和DX81 FlexPower 电池模块。模块组成和系统框图如图3、4所示。其中测距传感器与节点联接，与节点、电源模块共同组成移动单元，设备通过磁性安装附件安装在机械臂和变位机上。网关通过网线与主控PLC联接。