飞机装配过程数字化测量技术

飞机装配过程数字化测量技术

吕海亮 石野

航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：本文从测量功能强、准确度高、应用范围广三方面阐述了飞机装配过程数字化测量技术的应用，并通过激光追踪、激光扫描、数字化照相、GPS测量等技术阐述了数字测量技术在飞机装配环节的应用。

关键词：飞机装配；数字化；测量技术；应用

1 飞机装配过程数字化测量技术的应用优势

数字化的测量技术指的是使用各种先进的数字测量设备，对飞机装配的各项标准进行定义建模，通过计算机技术的应用，对此环节进行科学的测量。此技术在应用时具有如下优点。首先，具备对大型部件测量的功能，传统飞机制造的装配部门在飞机各部分零件测量的环节，由于技术水平较低，导致对大型部件的测量过程相对繁琐，同时结果的准确性不高。应用数字测量技术，不但能解决这一问题，而且提高了测量结果的准确性，同时提高了测量工作效率，为飞机装配环节节约了大量的人力与物力的投入。其次，数字化的测量技术在应用的范围上更加广泛。应用此技术，能够按照飞机不同零件的性质采取不同的测量方式，解决飞机在装配环节涉及到的所有测量问题。第三，应用数字测量技术能够高效地完成飞机各个复杂部位的测量工作，还可进行实时动态测量，将飞机不同位置的信息同时反馈出来。与此同时，将数字测量技术和机电部分的控制系统相连接，能对实际的测量结果展开科学地分析，同时向计算机系统发出指令，实现对飞机装配过程的全面控制。

        2飞机整机装配系统工作流程

        2.1准备阶段

        这个阶段主要包括整机测量前期的准备工作.在测量之前，首先要进行系统的标定，确定基站内所有相机的外部参数，系统标定时需对标定结果进行评价，使其满足整机测量的精度要求.然后将飞机移动至测量位置并进行定位支撑.同时，根据飞机数模进行测量规划，分配每个扫描仪的测量区域并生成对应的测量路径控制指令.上述工作就绪之后，系统进行初始化，进行通讯接口的自检，并将自动化测量设备移动至初始位置。

        2.2数据获取阶段

        准备工作就绪后，按照规划的测量路径，将各自动化设备运动至其设定的站位点，然后对该站位点覆盖的区域进行扫描测量.同时，系统软件同步发送相机触发指令，基站对扫描仪的姿态进行实时测量和跟踪.当所有区域完成数据扫描之后，自动化设备恢复至初始位姿，数据采集完毕。

        2.3数据处理阶段

        基站采集的参考点图像和扫描仪采集的机表点云图像，首先经过三维重建，分别生成参考点和机表点的三维坐标，然后利用基于随机抽样一致性和奇异值分解的坐标系配准方法，将不同测量站位下的点云数据统一至全局坐标系下，并进行整机装配质量的评价。

3飞机整机装配质量数字化测量技术

        3.1数字化装配过程测量与控制技术

        近些年来，航空公司已经普遍采用基于数字化测量设备的产品三维检测与质量控制手段，开发并形成了飞机产品三维测量规划与数据分析体系，制定了数字化三维检测技术规范，形成了完整的数字化测量技术体系。先进测量技术的应用已由关键零部件的离线检测发展到贯穿于制造和装配的检测过程控制和故障维护等全过程的在线自动化测量，并发展出了全新的、高效率的制造流程和工艺规范，将数字化测量与反馈系统充分融入到零部件制造过程监控与补偿、柔性自动化装配定位和飞机产品质量控制等环节，直接推动了飞机产品质量和性能的大幅度提升。

        3.2测量方案设计

        正所谓“尺有所短，寸有所长”，每种测量手段都有其适用条件，单一测量设备不可能覆盖飞机制造的全流程，测量方案设计应综合考虑测量需求、测量经济性和应用环境，具体如下：①制定面向飞机装配质量过程控制的测量工艺规范，搭建多系统异构集成测量规划管理平台，建立数字化测量技术应用体系。②统筹规划和分析整个数字化装配流程的测量技术方案及其实施策略。深入分析装配数据传递方式、误差来源，并结合特征点的采集方式，开展相应测量规划仿真，优化测量方案。③整合面向装配质量过程控制的多种数字化测量技术，如激光三维扫描法、双目视觉测量方法、激光干涉测量方法等，重点分析各自特点和适应性，发挥各种测量手段的优势，以及上述方法的组合集成测量方法。④测量数据分析与处理。在同一坐标控制场的支撑下，通过测量软件的二次开发，协同工作，对测量特征信息进行筛选分类，统一数据标准格式，便于数据流在不同工序间的高效传递。⑤测量设备与工艺装备的集成。搭建信息协同交换平台，统一测量设备和工艺装备的信息交互接口，实现测量设备和工艺装备的高效集成。

        3.3自定位与无型架定位数字化装配技术

        现代的飞机设计遵循面向制造的原则，在零件设计的时候就必须考虑以后零件的加工和装配。在工艺人员的建议下，飞机设计时对主要结构件（梁、框、肋和接头等）建立装配的自定位特征，如小的突耳、装配导孔、槽口和形成定位表面等，或者在产品结构设计的同时，把用来安放光学目标的工艺定位件设计到结构件上。但这些零件的自定位特征需要用数控方式精确加工，在实际装配过程中这些零件自己就能利用自定位特征定位，或应用激光跟踪仪和光学目标定位。基于飞机产品数模和数字量尺寸协调，无型架定位数字化装配技术采用模块化、自动化的可重新配置的工装系统，大大简化了或减少了传统的复杂型架，缩短了工装设计与制造的时间，降低了工装成本，并提高了装配质量。

        3.4数字化组合测量平台的构建

        数字化组合测量平台，主要是由测量设备、计算机控制平台、数据处理系统等构成。其中测量设备主要的功能是进行数据采集；计算机控制平台，主要是发布命令，对信息数据进行处理；数据处理系统，主要作用是对测量设备采集的信息进行加工。测量设备是进行大型壁板类组件数字化测量的核心，激光跟踪仪工控机属于激光跟踪仪的控制中心，主要的功能是传递信息、传达指令等。工控机通过电缆与激光跟踪仪进行连接，另一端连接电路，为通信传输电路供电。关节臂测量仪主要是对壁板类组件进行扫描，通过USB接口或网络，将采集的数据传递给工控机。计算机控制平台主要是通过点对点的方式与测量设备进行连接，控制平台在接收到数据之后会进行处理，主要是利用安装在控制平台上的数据处理软件，最终得出精确的结论。

        3.5在机测量技术

        在机测量技术指的是将机床测头安装于机床主轴上，在工件的加工工序中插人自动化精密找正、自动化检测的环节，实时提供加工结果。自动化精密找正解放了加工人员依赖手工找正的技能，同时提高了加工的定位精度；工件的自动化检测则为及时修正不良加工趋势提供可视化的数据支持，在提升加工质量的同时节省了修正时间和因不合格带来的成本损失。在飞机零部件的加工过程中，复杂易变形的叶片叶轮类零部件是最为典型的例子，在叶片加工中，通过在机测量系统的自动找正功能，克服了以往依赖工装定位而工装本身稳定性不高的难题；而整体叶轮的机加工难度要远远大于单叶片的加工。以往，叶轮从机床上拆下后，如果出现局部超差情况，对其二次定位进行再修复的报废率很高。同时，在没有过程检测数据之前。叶轮加工参数的调整很难找到合适的参考。在叶轮加工中插入在机测量之后，通过在机测量确认叶轮精加工余量并及时调整加工参数，大大提升了叶轮的加工质量，同时保证叶轮从机床上下来就是合格产品。

参考文献

[1]海山.探索智能装配技术，助力大飞机腾飞——访南京航空航天大学机电学院教授黄翔[J].航空制造技术，2018，61（07）：24-25.

[2]陈洪宇，朱绪胜，陈雪梅，王顺龙，吕传景.基于数字化测量技术的装配阶差间隙预测方法[J].制造技术与机床，2021(01):101-107。

[3]李本军，易元，朱绪胜.基于数字化测量的飞机扩口导管闭环制造方法[J].制造技术与机床，2020(10):105-110。