基于SIMOTION D455的大部件调姿对合系统研制

的装配质量，降低了人员劳动强度,提高了劳动生产率。
关键词:大部件;调姿对合；SIMOTION D455 ；运动控制
中图分类号:TP23
文献标识码:B
DOI：10.19287/j. cnki. 1005-2402.2021. 07. 025
Research and development of large components attitude adjustment and alignment system based on SIMOTION D455
伺服运动控制器
图4大部件调姿对合系统电气控制框图
每台定位器的传感器信号,包括力传感器的模拟 量信号以及上下电等数字量信号等都耦合在个 ET200SP分布式I/O组合模块中,各个定位器的10模 块组成Profinet网络，由Simotion D455运动控制器进 行控制，其基本组态如图5所示。
月§9*刻出滋*乜和%®
1 上位运动控
--制软1-件-L路径规划
模块
现场监控 模块
安全保护 模块
图7上位运动控制单元软件构架
在接收到上位运动控制软件下发到SIMOTION运 动控制器的电机运动控制指令和运动参数后,运动控 制器控制各电机驱动器实现驱动轴同步协调运动到
・131・
管理与信息化 Management and Informatization
位,最终实现大部件的位姿调整和对接装配等任务。 底层控制软件运行于SIMOTIOND 455上，模块化设 计，采用ST语言进行底层运动控制开发，由六大功能 模块组成，如图8所示。
近年来，国外以波音、空客、洛马等为代表的航空 制造企业都在大力发展数字化装配技术，大量采用数
参考文献
[1]朱家梁，朱洪涛•基于激光传感器的钢轨轨廓检测技术的研究[J]. 激光与红外,2017,47(12) ： 1492-1497.
[2 ] G Wilhelm G, Gott D Uhrlandt. Study of flux - cored arc welding processes for mild steel hardfacing by applying high-speed imaging and a semi-empirical approach [ J ]. Welding in the World, 2017 ( 5 ) ： 901 -913.
(1) ：30-38.
[9] 余博,郭雷,钱晓亮，等.一种新的自适应双边滤波算法[J].应用科 学学报,2012,30(5) ：517-523.
第一作者：张帅，男，1996年生，硕士研究生，主要 研究方向焊缝提取与图像处理。
(编辑李静)
(收稿日期：2020-11-19) 文章编号：20210725 如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
囑 调运动完成产品的调姿、对合及装配工作。
搐
1
二
匚
1匚
JI
管理与信息ft Management and Informatization
3软件系统
3.1软件架构 3.1.1系统架构
基于.Net平台的C#语言进行开发，以工艺集成管 理软件为中枢,通过事件驱动机制对测量、
数据库、运动控制软件及底层控制软件进行调用。 包含工艺集成管理软件、测量软件、数据库管理软件、要:为了提高大部件装配的生产质量和效率,缩短制造周期，设计、制造了一套大部件调姿对合系统。在
该项目中，设计制造了用于调姿、对合的数控定位器，开发了一套用于调姿和轨迹规划的算法，编写
了一套以工艺集成软件为核心的软件系统 ，大部件调姿对合系统采用西门子SIMOTION D455运 动控制器作为执行单元。应用证明,该系统具有良好的操作性和可靠性，极大地提高了大部件装配
图3大部件调姿对合系统机械机构图
2.2电气系统组成 大部件调姿对合系统包含的两组共8台三坐标数
控定位器采用Drive-CLiQ实时运动控制网络进行硬 件集成,实现单个定位器各运动轴的位置伺服控制和 多定位器之间的协同运动控制功能。在大部件调姿对 合系统中,总共需要集成24根伺服运动轴,且每个大 部件调姿对合单元内的12根运动轴需要同步协同控 制。图4为控制系统硬件集成网络结构图，采用1个 西门子Simotion D455运动控制器和4个西门子 CU320-PN控制单元，以2个CU320为一组控制一段 调姿定位单元的4个POGO柱，共计8个轴。4个 CU320总共控制两个站位调姿定位单元的8个数控定 位器，共计24个轴。
turing cycle, the company has designed and manufactured a set of large parts attitude adjustment and alignment system. In the project, author designed and manufactured a CNC positioner for attitude adjust­ ment and alignment, developed a set of algorithms for attitude adjustment and trajectory planning, and compiled a software system with process integration software as the core. The Siemens SIMOTION D455 motion controller is used as the execution unit of large components attitude adjustment system. The appli­ cation shows that the system has good operability and reliability, greatly improves the assembly quality of large parts, reduces the labor intensity of personnel, and improves the labor productivity. Keywords: large components ； posture adjustment ； SIMOTION D455 ； motion control
2系统组成
2.1机械系统组成 本大部件调姿对合系统机械部件主要由多个数控
定位器组成，该定位器为三坐标数控定位器，如图2所 示,V采用伺服电机、减速器、丝杠螺母传动，光栅尺实
• 130 •
现全闭环控制，丫轴底座之上为X滑台,X滑台为十字 滑台结构,下部与Y轴驱动系统连接实现Y向运动, 上部安装X轴驱动系统与导向系统实现X轴运动,X 轴驱动系统与匕轴驱动系统相同，同样采用伺服电机 连接减速器和滚珠丝杠的形式,通过线性导轨导向, X 滑台之上是X滑枕,Z立柱通过螺钉连接X滑枕,Z轴 驱动方式也为伺服电机连接滚珠丝杠的方式,3个运 动方向均采用封闭式光栅尺，实现全闭环控制,提高系 统的控制精度。Z滑枕内装有球头锁紧装置,该装置 可以实现球头的入位锁紧，球头锁紧装置内装有三维 力传感器，传感器可实时监控机身受力状态，有效避免 姿态调整时，机身受力过大而损坏。X、Y、Z这3个方 向均设置限位开关和机械限位,在结构上提高工作的 安全性。三轴采用风琴罩密封防护 ，既保证了内部传 动装置的清洁,又使定位器简洁美观。
LI Zhiqiang, HE Huabing, WANG Fei, LIU Xu, SHEN Yujun (Chengdu Aircraft Industrial ( Group) Co., Ltd., Chengdu 610092, CHN)
Abstract ：In order to improve the production quality and efficiency of large parts assembly and shorten the manufac­
[3 ]樊德金,杨龙兴,丁力，等.基于改进最小二乘法的焊缝直线提取研 究[J].热加工工艺,2018,47(15) ：217-220,224.
[4 ]洪磊,杨小兰,钟冬平.基于斜率分析法的焊缝条纹直线特征提取分 析[J]•焊接学报,2017,38(8) ：91-94,133.
[5] 李东洁，宋贺，徐立航.一种基于激光视觉的焊缝实时检测技术研究 [J].激光与红夕卜,2019,49(7) ：818-823.
・129・
字化装配系统;国内以成飞等为代表的主机厂也 开始了大规模数字化装配应用。
数字化装配技术已经成为飞机制造业发展的必然 趋势，国内外飞机制造企业将其视作一项非常重要的 核心技术。国内的数字化装配系统目前主要由浙江大 学、清华大学、南航、625所及日发等高校和企业生产 制造。由于航空产品生产工艺更新快,对产品的要求 越来越多,原有的设备已经不能适应公司快节奏的需 求,通过重新设计制造新的大部件调姿对合系统以满 足生产的需要很有必要。
管理与信息ft 年第 7 期_____________________________________________________________ Management and Informatization 基于SIMOTION D455的大部件调姿对合系统研制
李志强何华兵王飞刘旭沈玉军 (成都飞机工业(集团)有限责任公司，四川成都610092)
图2数控定位器机械机构图
本系统的三坐标数控定位器分为两组，如图3所
用§9“刻出滋**和雷
20茁年第7期
示,每组各4件,共计8件,两两面对面对称分布于两 侧，两组定位器的主要结构(如驱动系统、导向系统
等)形式相同，区别在于两种定位器的小部分零件呈
镜像关系，定位器整体在丫轴方向上呈镜像关系。每
4台承接一个大部件产品及相应托架，所有定位器协
图6软件系统构架
3.1.2运动控制单元系统架构 运动控制软件分为两个部分，上位运动控制软件
和底层运动控制软件。上位控制软件运行于上位工控 机，基于C#语言进行开发，主要功能是将装配现场参 考坐标系下生成的各定位器驱动轴的调姿路径数据转 换成相应伺服电机的运动控制参数，并根据选定的运 动模式(如 position-time A position -velocity -time 等)，将 电机运动控制指令和运动参数通过下发到SIMOTION 运动控制器。上位运动控制软件按功能需求划分为5 个子功能模块，如图7所示。
[6] 白晓东，舒勤，杜小燕，等.改进型自适应双边滤波算法[J].激光与 光电子学进展,2020,57(4) ：70-75.
月§9*刻出滋*乜和%®
[7] 石坤泉，魏文国•采用双边滤波的冷轧铝板表面缺陷图像去噪方法 的研究[J] •表面技术,2018,47(9) ：317-323.
[8] Nagashe社appa Biradar, M L Dewal, ManojKumar Rohit, et al.Echocar­ diographic image denoising using extreme total variation bilateral filter [J ] . Optik - International Journal for Light and Elect ., 2016, 127
1大部件调姿系统介绍
大部件调姿对合系统主要由测量系统、软件系统、 运动控制系统和数控定位器4大部分组成，如图1 所示。
测量系统通过测量现场固定的ERS点，使仪器的 测量坐标系与装配坐标系一致，以使不同站位的仪器 可具有相同的测量结果,并测量大部件姿态测量点,进 行各大部件段姿态评价,以调整各大部件段姿态;以工 艺集成管理软件为核心的软件系统实现了测量数据的 处理、位置姿态的计算、运动轨迹的规划等；Siemens SIMOTION D455运动控制系统和数控定位器的结合, 实现了多个定位器同步、协调运动，完成大部件对合过 程中的产品支承，数字化调姿、对合控制等工作。