本技術屬于飛機管路裝配，具體涉及一種管路機外裝配過程在線檢測方法及系統。

背景技術：

1、航空管路系統是飛機最為重要的系統之一，是飛機的“血管”和“氣管”，其主要功能為輸送各類介質，包括燃油、液壓油、空氣、氧氣和氮氣等。在實際裝配過程中，受限于狹窄艙位、結構遮擋和缺乏固定等因素，裝配工具往往無法按標準角度卡緊螺母進行裝配，因此操作人員需要將部分導管與管接頭在地面進行提前裝配，然后再整體安裝到飛機上。

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

3、現有技術如專利號為202010813177.9，名稱為“航空發動機管路裝配定位裝置及裝配方法”的中國發明專利，公開了一種航空發動機管路裝配定位裝置及裝配方法，其側重點在于航空發動機特定單一導管的定位過程，僅適用于二級引氣管的裝配，存在通用性不足、適應性不足等缺點，無法滿足飛機大量導管的裝配需求。

技術實現思路

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

2、為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

3、一種管路機外裝配過程在線檢測方法，包括如下步驟：

4、步驟s1：構建擰緊控制模型并初始化模型參數；

5、所述步驟s1構建如公式(1)所示的機外數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值，a(a0)代表初始裝配規范取值函數，b(ksj)代表斜率穩定系數ksj取值函數，c(amax)代表擰緊角度最大值amax取值函數，d(tmax)代表擰緊力矩最大值tmax取值函數；

8、步驟s2：調整導管與接頭至初始狀態并施加擰緊力矩；

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：實時計算裝配結果；

15、步驟s9：實時檢測裝配可靠性。

16、再進一步地，機外數字化裝配擰緊控制模型包括4個控制參數和8個邊界參數，其中4個控制參數由裝配過程中采集的數據經過計算之后作為輸入，8個邊界參數由工藝人員提前進行指定；4個控制參數分別是貼合角度a0，斜率穩定系數ksj，擰緊角度最大值amax和擰緊力矩最大值tmax；8個邊界參數分別是貼合力矩t0，初始裝配規范角度區間下限a0min，初始裝配規范角度區間上限a0max，斜率偏離閾值kl，擰緊角度區間下限a1，擰緊角度區間上限a2，擰緊力矩區間下限t1，擰緊力矩區間上限t2。

17、進一步地，所述步驟s2中，將管接頭安裝在固定支座4-1上，調整滑塊4-3、調姿支撐機構4-4的位置，使導管與接頭處于初始對中狀態，利用數字化裝配工具5對外套螺母施加擰緊力矩。

18、進一步地，所述步驟s3具體為：持續施加擰緊力矩使外套螺母旋轉，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，構建為角度矩陣a和力矩矩陣t，其中m為接收到的時序數據點的數量，角度矩陣a和力矩矩陣t的元素一一對應；

19、其中：

20、

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

22、進一步地，所述s4具體為：給定參考初始力矩t0，構建貼合角度取值函數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??；貼合角度取值函數e(tm)的取值，當tm等于或大于t0時，即tm-1＜t0且tm≥t0，導管到達貼合點，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、再進一步地，構建初始裝配規范取值函數a(a0)：

25、

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

27、進一步地，所述步驟s5具體為：

28、持續施加擰緊力矩使外套螺母旋轉；擰緊曲線在超過點(as，ts)之后的形態為線性段，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；繼續實時采集擰緊力矩信息tm和擰緊角度信息am，將進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標記為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)計算線性區間內角度的平均值按照公式(7)計算線性區間內力矩的平均值

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對應下標的元素值，其中ti(i＝s+1,s+2,…,m)為力矩矩陣t對應下標的元素值。

34、進一步地，所述步驟s6具體為：

35、通過公式(9)實時計算斜率穩定系數ksj：

36、

37、其中

38、

39、定義斜率穩定系數ksj取值函數b(ksj)：

40、

41、設置斜率偏離閾值kl，若當前的ksj＞kl，則b(ksj)＝0，認為曲線斜率發生了明顯偏移，裝配過程存在規范性問題，該情形下，返回步驟s2，旋松螺母，調整導管與接頭至初始狀態，施加擰緊力矩從新進行裝配；若當前的ksj≤kl，則b(ksj)＝1，認為斜率處于穩定的區間，裝配過程的規范性較好。

42、進一步地，步驟s7具體為：

43、持續施加擰緊力矩使外套螺母旋轉。將進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標記為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、進一步地，所述步驟s8具體為：

47、以角度a為橫坐標，以力矩t為縱坐標，構建一個平面區域，設置角度有效區間為[a1,a2]，設置力矩有效區間為[t1,t2]；通過坐標點(a1,t1)，(a2,t1)，(a1,t2)，(a2,t2)，構建一個邊界矩形區域rectvalid。

48、再進一步地，構建擰緊角度最大值取值函數c(amax)如公式(14)所示；

49、

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

51、構建擰緊力矩最大值取值函數c(amax)，如公式(15)所示：

52、

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

54、進一步地，所述步驟s9具體為：

55、由公式(1)計算得出構建的擰緊控制模型結果，構建的邊界矩形區域rectvalid將平面區域分割為9個部分，分別對應9種可能出現的擰緊情形，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，因此認為該情形尚未達到最終的擰緊狀態，該情形下系統自動跳轉至步驟s5，繼續實時檢測擰緊過程。

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，因此認為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調整導管與接頭至初始狀態并施加擰緊力矩。

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，因此認為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調整導管與接頭至初始狀態并施加擰緊力矩。

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，因此認為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調整導管與接頭至初始狀態并施加擰緊力矩。

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，因此認為該情形尚未達到最終的擰緊狀態，該情形下系統自動跳轉至步驟s5，繼續實時檢測擰緊過程。

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角度到達設定的工藝參數區間，因此認為該情形尚未達到最終的擰緊狀態，該情形下系統自動跳轉至步驟s5，繼續實時檢測擰緊過程。

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，力矩到達設定的工藝參數區間，因此認為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調整導管與接頭至初始狀態并施加擰緊力矩。

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角度到達設定的工藝參數區間，因此認為該情形不符合擰緊要求，該情形下需要返回至步驟s2，調整導管與接頭至初始狀態并施加擰緊力矩。

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，因此認為該情形符合擰緊要求，該情形下，擰緊結果已滿足要求，結束擰緊操作。由于當前實時檢測結果滿足要求，因此停止擰緊操作。

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

66、所述控制器用于運行一種管路機外裝配過程在線檢測方法，接收數字化裝配工具傳輸的裝配過程信息，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據和檢測結果；

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管與接頭的機外輔助裝配；

70、所述數字化裝配工具用于對外套螺母施加擰緊力矩。

71、進一步地，所述裝配桌面包括固定支座、導軌、滑塊、調姿支撐機構和桌面；所述桌面安裝有固定支座和導軌，所述導軌上安裝有滑塊，所述滑塊上安裝有調姿支撐機構；

72、所述固定支座用于固定管接頭；

73、所述導軌用于支撐滑塊；

74、所述滑塊用于支撐調姿支撐機構；

75、所述調姿支撐機構通過調整自身的位姿支撐待裝配的導管；

76、所述桌面上預留有螺紋連接孔。

77、本技術的優點在于：

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

79、2、本發明針對現階段航空管路機外手工裝配存在的預緊力不足、操作繁瑣、缺少過程控制、裝配質量低等問題，設計一種管路機外裝配過程在線檢測系統，并提供一種管路機外裝配過程在線檢測方法，能夠實現飛機管路機外裝配過程的控制，滿足高效高質量裝配需求。

80、3、本發明了提供了一種集成度高、簡單高效的機外裝配過程在線檢測系統，構建了管路裝配過程擰緊控制模型，同時提供了一種機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角度，實時讀取擰緊過程數據信息。將擰緊過程數據信息輸入擰緊控制模型，同時設定導管機外裝配控制參數和邊界參數，實現了導管裝配全過程的實時在線檢測，包括初始裝配規范性、過程裝配規范性和裝配結果可靠性。應用本發明技術方案進行導管裝配，能夠將機上狹窄空間裝配的導管轉移到機外進行裝配，同時能夠嚴格控制管路裝配過程的各個環節，有效提升導管的裝配質量。

81、4、本發明提供的一種管路機外裝配過程在線檢測系統，創新性地實現了機上狹窄空間的導管裝配工作向機外數字化裝配工作的轉變，克服了機上艙位空間狹小、零件成品遮擋等限制條件，解決了現階段機上狹窄空間導管裝配質量差、裝配可靠性低的問題。

82、5、本發明提供的一種管路機外裝配過程在線檢測系統，創新性地實現了航空導管的數字化裝配，實現了裝配過程數據的在線采集與分析，解決了現階段出現導管裝配質量問題時，無法追溯裝配過程的問題。

83、6、本發明提供的一種管路機外裝配過程在線檢測方法，創新性地構建了參數化擰緊控制模型，建立了導管裝配過程各階段裝配質量的反饋機制，實現了裝配過程數據的全自動參數化分析與評估，同時實現了裝配全過程的裝配質量控制，有效提升了導管裝配質量。