一种航空器柔性机翼静载式称重设备

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一种航空器柔性机翼静载式称重设备
申请号	CN202111594457.6	申请日	2021-12-23	公开(公告)号	CN114370921A	公开(公告)日	2022-04-19
申请人	中国航天空气动力技术研究院;			发明人	王政;
摘要	本发明公开了一种航空器柔性机翼静载式称重设备，包括：上位机和多个称重平台；多个所述称重平台用于共同承载待称重机翼并对所述待称重机翼进行称重；所述称重平台包括：通讯收发模块、控制器和称重传感器；所述控制器用于采集所述称重传感器测量的重量数据，并通过所述通讯收发模块将所述重量数据发送至所述上位机；所述上位机用于对接收到的所述重量数据进行处理，获得所述待称重机翼的重量。本称重设备分为多个称重平台，采用多点支撑方式称重，结构紧凑，适合多种机翼翼型称重，能够准确测量机翼的重量，以确认生产工艺各阶段的增重、总重是否满足工艺指标要求，并为后期质量工艺溯源提供依据。
权利要求	1.一种航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，包括：上位机和多个称重平台；多个所述称重平台用于共同承载待称重机翼并对所述待称重机翼进行称重；所述称重平台包括：通讯收发模块、控制器和称重传感器；所述控制器用于采集所述称重传感器测量的重量数据，并通过所述通讯收发模块将所述重量数据发送至所述上位机；所述上位机用于对接收到的所述重量数据进行处理，获得所述待称重机翼的重量。 2.根据权利要求1所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述称重平台包括升降机构和距离传感器；所述升降机构用于控制所述称重传感器的升降；所述距离传感器用于测量所述升降机构的升降高度；所述控制器还用于采集所述距离传感器测量的距离数据，以及控制所述升降机构的升降。 3.根据权利要求2所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述升降机构包括：电机、第一转向箱、第二转向箱、第三转向箱和四个升降机；所述电机的输出轴连接于所述第一转向箱的输入端，所述第一转向箱的两个输出端分别连接于所述第二转向箱的输入端和所述第三转向箱的输入端，所述第二转向箱和所述第三转向箱各自的两个输出端分别连接于一个所述升降机，所述升降机顶部具有第一承载板。 4.根据权利要求1所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述称重传感器的上表面设有转接件，所述转接件包括支撑杆，所述支撑杆的中央设有机翼固定部，所述支撑杆的两端设有第二承载板，所述机翼固定部用于与所述机翼连接；所述称重传感器夹设于所述第一承载板和所述第二承载板之间。 5.根据权利要求3所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述称重平台具有支撑架，所述支撑架的底部设有万向脚轮，所述支撑架的顶部具有支撑板，所述升降机构安装在支撑板上。 6.根据权利要求1所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述称重平台的数量为三个，对机翼进行称重时，其中一个设置于所述机翼对称轴下方，另外两个设置于所述机翼的两个端部。 7.根据权利要求1所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述称重平台包括数显表，所述数显表用于显示所述称重传感器所测的重量。 8.根据权利要求3所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述距离传感器为直线位移传感器，所述直线位移传感器设置于所述第一承载板与所述支撑板之间。 9.根据权利要求1所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述上位机中具有采集终端软件，包括：数据管理模块、通用称重模块和工艺称重模块；所述数据管理模块用于对管理人员的编号、用户名、密码的管理以及，对接收的数据进行存档、备份、删除；所述通用称重模块用于记录每个所述称重平台测量的重量数据，并累加多个所述称重平台的重量数据之和；所述工艺称重模块具有可编辑的工艺属性，每个所述工艺属性关联机翼的相应生产阶段的重量数据，通过各生产阶段的重量数据的差值，获取机翼各生产阶段增加的重量。 10.根据权利要求1所述的航空器柔性机翼静载式称重设备，其特征在于，所述称重平台上设有与所述控制器连接的使能按钮、指示灯和升降按钮；所述使能按钮用于对所述称重平台使能；所述指示灯用于显示所述称重设备是否通电；所述升降按钮用于控制所述升降机构的升降。
说明书全文	一种航空器柔性机翼静载式称重设备技术领域 [0001] 本发明属于航空器检测技术领域，具体涉及一种航空器柔性机翼静载式称重设备。背景技术 [0002] 航空器的重量特性贯穿于航空器设计、制造和试飞的全过程中，而机翼作为航空器主要的升力来源，同时也是主要的重量贡献来源，机翼的重量特性监控是直接影响航空器制造环节的一个重要工艺特性指标，尤其包括制造环节新增加的蒙皮重量、电气线缆等元器件重量。根据航空器柔性机翼静载式称重设备的实际需求，为了保证机翼在生产过程中记录各工艺环节增重及最终产品重量，确保机翼制造工艺各环节的稳定性，并且为今后的产品提供生产工艺数据依据，需要对航空器机翼生产阶段各工艺环节重量及增重进行检测。 [0003] 现有的检测设备测量精度低，体积庞大、不适合转运，尤其对于每次增重较小的工艺环节，难以有效测量增加的重量，且现阶段不同型号航空器机翼尺寸差异较大，无法满足多型号机翼称重。 [0004] 因此，期待一种航空器柔性机翼静载式称重设备，便于称量航空器机翼重量参数指标、适合多型航空器机翼尺寸、测量精度高、安全可靠，以方便对所采集的数据进行分析研究。发明内容 [0005] 本发明的目的是提出一种航空器柔性机翼静载式称重设备，能够准确测量机翼的重量，以确认生产工艺各阶段的增重、总重是否满足工艺指标要求，并为后期质量工艺溯源提供依据。 [0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种航空器柔性机翼静载式称重设备，包括：上位机和多个称重平台； [0007] 多个所述称重平台用于共同承载待称重机翼并对所述待称重机翼进行称重； [0008] 所述称重平台包括：通讯收发模块、控制器和称重传感器； [0009] 所述控制器用于采集所述称重传感器测量的重量数据，并通过所述通讯收发模块将所述重量数据发送至所述上位机； [0010] 所述上位机用于对接收到的所述重量数据进行处理，获得所述待称重机翼的重量。 [0011] 可选方案中，所述称重平台包括升降机构和距离传感器； [0012] 所述升降机构用于控制所述称重传感器的升降； [0013] 所述距离传感器用于测量所述升降机构的升降高度； [0014] 所述控制器还用于采集所述距离传感器测量的距离数据，以及控制所述升降机构的升降。 [0015] 可选方案中，所述升降机构包括：电机、第一转向箱、第二转向箱、第三转向箱和四个升降机； [0016] 所述电机的输出轴连接于所述第一转向箱的输入端，所述第一转向箱的两个输出端分别连接于所述第二转向箱的输入端和所述第三转向箱的输入端，所述第二转向箱和所述第三转向箱各自的两个输出端分别连接于一个所述升降机，所述升降机顶部具有第一承载板。 [0017] 可选方案中，所述称重传感器的上表面设有转接件，所述转接件包括支撑杆，所述支撑杆的中央设有机翼固定部，所述支撑杆的两端设有第二承载板，所述机翼固定部用于与所述机翼连接； [0018] 所述称重传感器夹设于所述第一承载板和所述第二承载板之间。 [0019] 可选方案中，所述称重平台具有支撑架，所述支撑架的底部设有万向脚轮，所述支撑架的顶部具有支撑板，所述升降机构安装在支撑板上。 [0020] 可选方案中，所述称重平台的数量为三个，对机翼进行称重时，其中一个设置于所述机翼对称轴下方，另外两个设置于所述机翼的两个端部。 [0021] 可选方案中，所述称重平台包括数显表，所述数显表用于显示所述称重传感器所测的重量。 [0022] 可选方案中，所述距离传感器为直线位移传感器，所述直线位移传感器设置于所述第一承载板与所述支撑板之间。 [0023] 可选方案中，所述上位机中具有采集终端软件，包括：数据管理模块、通用称重模块和工艺称重模块； [0024] 所述数据管理模块用于对管理人员的编号、用户名、密码的管理以及，对接收的数据进行存档、备份、删除； [0025] 所述通用称重模块用于记录每个所述称重平台测量的重量数据，并累加多个所述称重平台的重量数据之和； [0026] 所述工艺称重模块具有可编辑的工艺属性，每个所述工艺属性关联机翼的相应生产阶段的重量数据，通过各生产阶段的重量数据的差值，获取机翼各生产阶段增加的重量。 [0027] 可选方案中，所述称重平台上设有与所述控制器连接的使能按钮、指示灯和升降按钮； [0028] 所述使能按钮用于对所述称重平台使能； [0029] 所述指示灯用于显示所述称重设备是否通电； [0030] 所述升降按钮用于控制所述升降机构的升降。 [0031] 本发明的有益效果在于： [0032] 称重设备分为多个称重平台，采用多点支撑方式称重，结构紧凑，适合多种机翼翼型称重； [0033] 进一步地，称重设备具备升降功能，适用于不方便搬离制造工装的机翼，例如称重设备放置于制造工装下方，通过举升脱离操作台，完成称重； [0034] 进一步地，称重数据采用无线模式传输，尽可能减少布线，适用于不方便布设线缆的场合； [0035] 进一步地，上位机软件最终可生成报表，以时间戳和工艺流程的模式，包括各工艺环节增重、最终产品重量，从而管控生产阶段的工艺品质。 [0036] 本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。附图说明 [0037] 通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。 [0038] 图1示出了根据本发明一实施例的称重设备测量机翼重量的示意图。 [0039] 图2示出了根据本发明一实施例的称重平台的结构示意图。 [0040] 图3示出了根据本发明一实施例的升降机构的示意图。 [0041] 图4示出了根据本发明一实施例的控制器原理图。 [0042] 附图标号 [0043] 1‑称重平台；11‑称重传感器；12‑万向轮；14‑数显表；15‑支撑板；16‑转接件；17‑第二承载板；18‑第一承载板；19‑支撑架；21‑第一转向箱；22‑第二转向箱；23‑第三转向箱； 24‑电机；25‑升降机；100‑机翼。具体实施方式 [0044] 下面将更详细地描述本发明。虽然本发明提供了优选的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。 [0045] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0046] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0047] 请参照图1至图4，本发明一实施例提供了一种航空器柔性机翼静载式称重设备，所述称重设备包括 [0048] 上位机和多个称重平台1； [0049] 多个所述称重平台1用于共同承载待称重机翼100并对所述待称重机翼100进行称重； [0050] 所述称重平台1包括：通讯收发模块、控制器和称重传感器11； [0051] 所述控制器用于采集所述称重传感器11测量的重量数据，并通过所述通讯收发模块将所述重量数据发送至所述上位机； [0052] 所述上位机用于对接收到的所述重量数据进行处理，获得所述待称重机翼100的重量。 [0053] 具体地，本实施例采用多点称重的方式对机翼重量进行检测并通过通信收发模块传输(本实施例中，采用无线传输的方式，采用无线模式传输，尽可能减少布线，适用于不方便布设线缆的场合)至上位机数据库中。由于航空器机翼存在一定的柔性，尤其对于尺寸较大的机翼，采用两端称重机翼模式情况下中心位置会发生形变，导致两端称重平台受力不是铅锤方向，影响称重精度，因此采用多点式称重。参考图1，本实施例中，称重设备包括三个称重平台1(在其他实施例中也可以是4个、5个等)，对机翼100进行称重时，其中一个称重平台1设置于所述机翼100对称轴下方，另外两个称重平台1设置于所述机翼的两个端部。可以根据机翼的构型，合理布置称重平台的位置，本实施例适合多种机翼翼型称重。 [0054] 本实施例中，每个称重平台1集成通讯收发模块、控制器、称重传感器11等，最后三个称重平台1的数据通过各自的通讯收发模块发送至上位机。控制器用于实现逻辑控制、电气控制，并对称重传感器11和输出的电信号进行采集和调理；称重传感器11由控制器模拟量采集通道采集、转换，从而得到所需数据；上位机中安装有采集终端软件，采用CVI开发的关于航空器柔性机翼重量数据采集终端。该设备具有称重精度高，检测快速，体积小，搬运便携。 [0055] 本实施例中，所述称重平台1包括升降机构20(采用电机丝杠升降方式)和距离传感器；所述升降机构20用于控制所述称重传感器11的升降；所述距离传感器用于测量所述升降机构20的升降高度；所述控制器还用于采集所述距离传感器测量的距离数据，以及控制所述升降机构20的升降。参考图3，本实施例中，所述升降机构20包括：电机24、第一转向箱22、第二转向箱21、第三转向箱23和四个升降机25。所述电机24的输出轴连接于所述第一转向箱22的输入端，所述第一转向箱22的两个输出端分别连接于所述第二转向箱21的输入端和所述第三转向箱23的输入端，所述第二转向箱21和所述第三转向箱23各自的两个输出端分别连接于一个所述升降机25。参考图2，所述升降机25顶部具有第一承载板18。称重平台1具备升降功能，适用于不方便搬离制造工装的机翼，例如称重平台1放置于制造工装下方，通过举升脱离操作台，完成称重。称重时，根据升降机构20的升降和距离传感器所测的距离，确保三个称重传感器位于同一平面，实现精确称重。 [0056] 本实例中，所述称重平台1具有支撑架19，所述支撑架19的底部设有万向脚轮12(方便称重平台1的移动)，所述支撑架19的顶部具有支撑板15，所述升降机构20安装在支撑板15上。所述距离传感器可以为直线位移传感器，所述直线位移传感器设置于所述第一承载板18与所述支撑板15之间。 [0057] 本实施例中，所述称重传感器11的上表面设有转接件16，所述转接件16包括支撑杆(横向)，所述支撑杆的中央设有机翼固定部，所述支撑杆16的两端设有第二承载板17，所述机翼固定部用于与所述机翼连接；所述称重传感器11夹设于所述第一承载板18和所述第二承载板17之间。不同称重平台的转接件16的机翼固定部结构可以不同，只要能固定机翼即可。 [0058] 本实施例中，所述称重平台包括数显表14，所述数显表14用于显示所述称重传感器11所测的重量。 [0059] 本实施例中，上位机中具有采集终端软件，实现对采集数据的统一管理和分析，并实现本地存储和测试报表生成功能。该终端软件包括：数据管理模块、通用称重模块和工艺称重模块；所述数据管理模块用于对管理人员的编号、用户名、密码的管理以及，对接收的数据进行存档、备份、删除；所述通用称重模块用于记录每个所述称重平台测量的重量数据，并累加多个所述称重平台的重量数据之和；所述工艺称重模块具有可编辑的工艺属性，每个所述工艺属性关联机翼的相应生产阶段的重量数据，通过各生产阶段的重量数据的差值，获取机翼各生产阶段增加的重量。上位机软件最终可生成报表，以时间戳和工艺流程的模式，包括各工艺环节增重、最终产品重量，从而管控生产阶段的工艺品质。 [0060] 本实施例中，所述称重平台上设有与所述控制器(控制器设置在支撑架上)连接的使能按钮、指示灯和升降按钮；所述使能按钮用于对所述称重平台使能；所述指示灯用于显示所述称重设备是否通电；所述升降按钮用于控制所述升降机构的升降。 [0061] 本实施例中，该称重设备(以下均以单个称重平台示例)由无线收发模块、控制器、升降机构、数显表和传感器(传感器包括称重传感器和距离传感器)、上位机等部分组成。无线收发模块用于将测量得到的重量数据发送至上位机；控制器用于实现逻辑控制、电气控制、升降机构控制，并对称重传感器和距离传感器输出的电信号采集和调理；数显表用于称重平台重量数据的本地显示，由控制器模拟量采集通道采集、转换，从而得到所需数据；上位机运行上位机软件，采用CVI开发的关于航空器柔性机翼重量数据采集终端软件。原理示意如图4所示。 [0062] 本实施例主要涉及如下七部分的设计： [0063] 1.上位机系统的设计 [0064] 上位机是称重设备的接收终端，用于安装测试上位机软件，接收各称重平台采集到的重量数据，最终上传至数据库，并具备测试报表生成的功能。 [0065] 2.供电单元设计 [0066] 控制器、无线通讯收发模块、传感器等供电选用可编程开关电源(0～36V，0～10A)，可以满足以上用电器件的电压电流需求。 [0067] 3.控制器及无线收发模块设计 [0068] 控制器选用可编程逻辑控制器PLC，配备串口模块与模拟量输入输出模块。无线收发模块选用LoRa模式无线传输模块，主终端与工控机串口相连，从终端与PLC串口模块相连，实现发送端与接收端的互通互联；PLC采集传感器信号，驱动控制升降机构以及实现逻辑控制功能。 [0069] 4.升降机构及配套传感器设计 [0070] 根据系统的设计，升降称重平台由三个独立的升降平台组成，每个升降平台的底部结构相同，根据机翼称重时的放置位置不同，选择安装的托盘不同，可实现组件之间的互换使用。升降机构的驱动力由伺服电机提供，伺服电机采用PLC进行控制。底部为4个万向脚轮的平板小车，在转接件和升降机构之间安装有称重传感器，升降机构举升后实现称重。 [0071] 5.传感器模块选型设计 [0072] 称重传感器选用悬臂梁高精度称重传感器，具体形式类似电子秤形式；在丝杆底座平面和升降平面上加装直线位移传感器，可对升降高度进行度量和检测。 [0073] 6.设备端人机交互设计 [0074] 设备端人机交互包括使能按钮、急停、平台升降。系统上电后，设备端集成的“上电指示灯”点亮，此时系统上电但无法操作设备；拨动“使能按钮”系统使能，可进行功能性操作，此时上位机软件端已接收到各称重平台发送的重量数据；升降机构通过三个按钮实现，分别为“上升”、“下降”和“停止”；数显表实时显示当前重量。 [0075] 设备需要停机时，首先将升降机构降至初始位置，随后拨动“使能按钮”复位，最后系统下电，“上电指示灯”熄灭，系统断电。 [0076] 7.上位机检测软件设计 [0077] 本发明设计的航空器柔性机翼静载式称重设备的主要功能如下： [0078] 1)数据管理功能：包括对管理人员的编号、用户名、密码、检测数据等的管理。实现禁止非法用户的登陆，基本数据的完备、监测数据的及时更新，登陆用户的适时记载等功能； [0079] 2)通用称重功能：称重设备上位机接收称重平台发送的重量信号，界面包括三个称重平台测量的重量数据，例如“称重平台1重量”、“称重平台2重量”、“称重平台3重量”；以及三者重量之和的“总重量”； [0080] 3)工艺称重功能：上位机界面包含工艺属性，属性可编辑，例如“初始重量”、“蒙皮敷设”、“胶状涂敷”、“电气安装”等，每个工艺属性关联相应生产阶段的重量数据，通过各工艺环节的重量差，即可获取各环节增加的重量； [0081] 4)对测量的重量特征参数记录进行存档、备份、删除，以备历史数据的查询、数据恢复； [0082] 系统的打印一律可实行在线打印，即打印的同时不影响系统的其它操作，报表格式按照工艺属性显示各阶段数据。 [0083] 以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。