測(cè)量輔助飛機(jī)裝配技術(shù)

1、    測(cè)量輔助飛機(jī)裝配技術(shù)    王志巖摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)已成為現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的重要組成部分， 是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)制造全數(shù)字量傳遞的重要保證之一。本文主要對(duì)測(cè)量輔助飛機(jī)裝配技術(shù)進(jìn)行了分析和探討。關(guān)鍵詞：飛機(jī)；測(cè)量輔助；數(shù)字化；裝配中圖分類號(hào)：v271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a前言： 近10余年來，國外飛機(jī)裝配技術(shù)發(fā)展迅速，以b777, a340, a380,f-22, f-35等為代表的新型軍、民機(jī)集中反映了國外飛機(jī)制造技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，在裝配技術(shù)上基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系，實(shí)施數(shù)字化尺寸工程技術(shù)，通過裝配仿真

2、實(shí)現(xiàn)裝配過程優(yōu)化，應(yīng)用柔性模塊化的工裝技術(shù)、加工和檢測(cè)單元并集成應(yīng)用為一系列的自動(dòng)化裝配系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)體結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化裝配，大量采用了長壽命連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了長壽命飛機(jī)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量、高效率裝配。而在國內(nèi)，我國飛機(jī)裝配技術(shù)也取得了非常迅速的發(fā)展，并且取得了非常顯著的成績。一、國內(nèi)自動(dòng)化裝配技術(shù)在組件、部件、總裝中應(yīng)用現(xiàn)狀近幾年，我國航空企業(yè)結(jié)合新機(jī)研制需求開展了壁板自動(dòng)鉆鉚技術(shù)、部件數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)、大部件裝配等關(guān)鍵技術(shù)及裝備的研究和應(yīng)用，在部件自動(dòng)化裝配方面開展了有益的嘗試和試驗(yàn)。在國內(nèi)民用航空制造領(lǐng)域，上飛公司通過與國外先進(jìn)制造企業(yè)合作，開始c919飛機(jī)部件數(shù)字化裝配生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和建設(shè)。而在某型運(yùn)輸機(jī)

3、的研制方面，通過廠、所、高校等多家合作，成功研制了數(shù)字化裝配系統(tǒng)應(yīng)用于前機(jī)身、中機(jī)身、后機(jī)身、平垂尾等部件的裝配，已初步探索出一個(gè)飛機(jī)部件自動(dòng)化裝配模式。由此可見，國內(nèi)航空企業(yè)飛機(jī)部件自動(dòng)化裝配技術(shù)已有了巨大飛躍。國內(nèi)目前在新型號(hào)飛機(jī)牽引下對(duì)飛機(jī)總裝配的自動(dòng)化裝配技術(shù)，如大部件對(duì)接、全機(jī)檢測(cè)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)，應(yīng)用了柔性定位器、激光跟蹤儀、自動(dòng)鉆孔設(shè)備、車間內(nèi)地面運(yùn)輸車、空中吊裝運(yùn)輸系統(tǒng)等設(shè)備。通過對(duì)國內(nèi)外自動(dòng)化裝配技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀對(duì)比和分析，我國飛機(jī)自動(dòng)化裝配技術(shù)的應(yīng)用面已經(jīng)從組件裝配拓寬到復(fù)雜的部件裝配以及大部件對(duì)接過程中，并對(duì)飛機(jī)自動(dòng)化總裝配中部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)，但亟待在自動(dòng)化總裝

4、配生產(chǎn)線方面實(shí)現(xiàn)整體突破，打造一個(gè)完整的飛機(jī)自動(dòng)化裝配線。二、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)已成為現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)制造全數(shù)字量傳遞的重要保證之一。數(shù)字化測(cè)量設(shè)備能夠?qū)Υ郎y(cè)對(duì)象實(shí)施快速、精確、自動(dòng)化的測(cè)量，獲取其準(zhǔn)確的空間形狀或位姿信息，并能夠?qū)y(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)估。在飛機(jī)裝配領(lǐng)域，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，數(shù)字化測(cè)量設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)包括：（1）測(cè)量范圍大、精度高；（2）測(cè)量過程可通過編程控制；（3）測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)字化，可讀性好；（4）測(cè)量數(shù)據(jù)具有良好共享性。目前，飛機(jī)部件裝配中常用的先進(jìn)數(shù)字化測(cè)量設(shè)備主要有激光槍、激光跟蹤儀、激光雷達(dá)、整體油箱快速檢漏設(shè)備、igps等設(shè)備

5、。1、激光槍在飛機(jī)裝配中，需要對(duì)大量鉚釘?shù)陌纪沽考懊善?duì)縫間隙進(jìn)行精確檢測(cè)，而傳統(tǒng)方法壁板間隙和鉚釘平面差是否合格基本按經(jīng)驗(yàn)判斷，用肉眼觀看、人工觸摸及使用千分墊測(cè)量等方法。這種方法既不準(zhǔn)確，效率也低，不能適應(yīng)現(xiàn)代飛機(jī)的高精度要求。在飛機(jī)機(jī)翼上應(yīng)用激光槍檢測(cè)鉚釘平面差及壁板間隙。激光槍采用先進(jìn)線形激光掃描，快速截面輪廓實(shí)時(shí)分析尺寸，結(jié)合實(shí)時(shí)軟件分析功能。準(zhǔn)確測(cè)量間隙、段差（平面差）、角度、半徑等多個(gè)組裝尺寸，測(cè)量范圍較小時(shí)，測(cè)量誤差小于0.1mm。同時(shí)還有非接觸測(cè)量、設(shè)計(jì)68h連續(xù)操作、觸摸屏操作、數(shù)據(jù)追溯及處理、自動(dòng)化數(shù)據(jù)報(bào)告等優(yōu)點(diǎn)。具體測(cè)量方法是在gapgun手柄菜單選擇“toolkits

6、”，進(jìn)入“gapflush”菜單下測(cè)量間隙面差，選擇“panelgf”菜單，扣動(dòng)扳機(jī)，控制角度和距離，對(duì)被測(cè)位點(diǎn)輪廓照相采集完成，軟件便會(huì)分析處理出數(shù)據(jù)，并且顯示于觸屏上。測(cè)量結(jié)果會(huì)直觀地顯示出間隙及平面差的數(shù)值，操作簡單方便，效率較高。激光槍的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，由定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，可以直觀的檢測(cè)出間隙及段差的具體數(shù)值。2、激光跟蹤儀飛機(jī)對(duì)合過程較復(fù)雜，傳統(tǒng)方法是在型架上完成，先將前、中、后機(jī)身的若干銷子插好，此時(shí)僅有少許余量，安裝過渡段的梁及其他零件，通過經(jīng)驗(yàn)人工調(diào)整托架，將所有零件安裝到位后，即完成對(duì)合狀態(tài)。這種方法對(duì)工人要求較高，需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整時(shí)人為因素干預(yù)太多，同時(shí)可能會(huì)

7、產(chǎn)生應(yīng)力。目前，飛機(jī)對(duì)合采用大部件數(shù)字化對(duì)接裝配系統(tǒng)，利用若干個(gè)激光跟蹤儀對(duì)部件的姿態(tài)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，確保自動(dòng)化對(duì)接的高準(zhǔn)確度，并通過對(duì)接后的全機(jī)測(cè)量評(píng)價(jià)裝配質(zhì)量。激光跟蹤儀測(cè)量速度快、精度高、測(cè)量范圍大，是許多大型精密測(cè)量工程的首選。使用數(shù)字化對(duì)合以及精加工系統(tǒng)后，將激光跟蹤儀放置在飛機(jī)的兩側(cè)，地面有若干地標(biāo)點(diǎn)（理論值已知），轉(zhuǎn)站（坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換）后分別測(cè)量前、中、后機(jī)身的靶標(biāo)點(diǎn)、交點(diǎn)孔及工藝孔，得到飛機(jī)各段的姿態(tài)。平臺(tái)移動(dòng)模塊根據(jù)對(duì)接部件的位姿信息，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和pogo柱運(yùn)動(dòng)。首先，前機(jī)身與中機(jī)身對(duì)接，驅(qū)動(dòng)前機(jī)身工裝平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到指定位置實(shí)現(xiàn)對(duì)合，接著，后機(jī)身再與前中機(jī)身對(duì)合，驅(qū)動(dòng)后機(jī)身工裝平臺(tái)移動(dòng)到

8、指定位置。對(duì)合時(shí)部件對(duì)接運(yùn)動(dòng)方向垂直于對(duì)接面，從而實(shí)現(xiàn)大部件間無干涉對(duì)接裝配。對(duì)合精加工后，使用激光跟蹤儀搭配t-probe完成水平測(cè)量點(diǎn)的打制工作。激光跟蹤儀不僅可在飛機(jī)對(duì)合階段使用，在部件裝配過程中，作為檢測(cè)工具，完成測(cè)量裝配型架或零件的誤差、協(xié)助解決裝配過程中的問題等工作。例如：某飛機(jī)中機(jī)身腹板接頭、主起落架護(hù)板接頭在安裝過程中發(fā)現(xiàn)無法安裝，初步認(rèn)為是工人制孔及安裝問題。使用激光跟蹤儀對(duì)零件及型架分別進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)零件的尺寸有偏差，但是均符合公差要求，而型架各護(hù)板尺寸有問題，偏差較大導(dǎo)致零件無法安裝。之后對(duì)型架進(jìn)行返修后完成裝配。通過該例就很明顯會(huì)發(fā)現(xiàn)使用數(shù)字化測(cè)量設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是能夠極快地

9、發(fā)現(xiàn)并解決問題，同時(shí)通過數(shù)據(jù)避免了扯皮等現(xiàn)象的發(fā)生。3、激光雷達(dá)激光雷達(dá)是一種球坐標(biāo)系的測(cè)量系統(tǒng)，具有對(duì)半徑達(dá)到60m的大體積目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化、非接觸的測(cè)量能力，是新一代的測(cè)量裝置。測(cè)量大尺寸幾何外形不需要照相測(cè)量的圓形靶點(diǎn)貼片，也不需要激光跟蹤儀安裝的貓眼反射鏡或探頭。在質(zhì)量控制領(lǐng)域，激光雷達(dá)可用于部件檢查、進(jìn)貨過程和最終質(zhì)量保證。激光雷達(dá)與激光跟蹤儀應(yīng)用基本相似，但可以完成一些激光跟蹤儀無法完成的工作，例如對(duì)無法安裝靶標(biāo)座位置的測(cè)量工作及對(duì)曲面的掃描（激光跟蹤儀沒有t-scan配件）。目前在飛機(jī)裝配中已應(yīng)用的例子包括：某飛機(jī)機(jī)翼水平測(cè)量點(diǎn)的檢測(cè)、機(jī)翼外形的檢測(cè)、機(jī)器人噴涂對(duì)整機(jī)外形的測(cè)量、全

10、機(jī)水平測(cè)量等。（1）機(jī)翼水平測(cè)量點(diǎn)打制飛機(jī)的水平測(cè)量點(diǎn)是進(jìn)行飛機(jī)的校平、機(jī)翼的校裝及測(cè)試飛行前后飛機(jī)外形材料的變化情況等的重要依據(jù)。傳統(tǒng)的水平測(cè)量點(diǎn)打制都是在型架上使用打點(diǎn)器進(jìn)行打制的。具體方法是將機(jī)翼固定在型架上，將打點(diǎn)器工裝安裝好，打制成功后直接讀取刻度，減去外緣誤差，即為水平測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)。但是這種方法效率低，打點(diǎn)器工裝的安裝和拆卸都會(huì)占用時(shí)間，另外打制時(shí)讀取刻度存在誤差。針對(duì)生產(chǎn)中的這種情況，我們采用數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備對(duì)機(jī)翼的水平測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行打制，避免訂制工裝，將極大的減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。根據(jù)所需測(cè)量的水平測(cè)量點(diǎn)的位置分布特點(diǎn)，制定出測(cè)量計(jì)劃，由于被測(cè)物體確定且所選定的測(cè)量點(diǎn)固定，本測(cè)量計(jì)劃確定

11、后可重復(fù)使用。坐標(biāo)系的建立是采用型架上的基準(zhǔn)點(diǎn)來確定的。將型架上事先打制好的基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)站，建立的坐標(biāo)系即為飛機(jī)坐標(biāo)系。具體測(cè)量方法為：先將水平測(cè)量點(diǎn)理論數(shù)據(jù)輸入/導(dǎo)入sa軟件，再通過測(cè)量型架上的基準(zhǔn)點(diǎn)與理論點(diǎn)轉(zhuǎn)站，使坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為飛機(jī)坐標(biāo)系。通過指光功能，將水平測(cè)量點(diǎn)的位置指出，由工人打制。再重新將水平測(cè)量點(diǎn)的值與理論值進(jìn)行對(duì)比，得出水平測(cè)量點(diǎn)外形高差結(jié)果，生成報(bào)告。為了減少轉(zhuǎn)站次數(shù)，提高測(cè)量的精度和測(cè)量效率，激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)放置于能一次測(cè)量到轉(zhuǎn)站點(diǎn)和水平測(cè)量點(diǎn)的位置。（2）機(jī)翼外形檢測(cè)機(jī)翼的外形檢測(cè)主要是訂制專用的工裝：外形檢查卡板。這種卡板不但笨重，而且精確度較差，它只

12、能測(cè)出機(jī)翼外表面的形狀是否滿足設(shè)計(jì)要求，無法測(cè)量機(jī)翼外表面位置是否處在數(shù)模所規(guī)定正確的位置上。并且這種卡板往往只能適應(yīng)特定的機(jī)型。飛機(jī)產(chǎn)品的外形或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，必須重新訂制大量的專用工裝以及與之配套的樣板、樣件等，這都增加了生產(chǎn)成本，延長了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。目前使用激光雷達(dá)對(duì)機(jī)翼外形進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)方法與水平測(cè)量點(diǎn)打制方法大致相同。通過測(cè)量型架上的基準(zhǔn)點(diǎn)與理論點(diǎn)轉(zhuǎn)站，使坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為飛機(jī)坐標(biāo)系，掃描機(jī)翼外形。在catia中將掃描得到的點(diǎn)云與數(shù)模比對(duì)，得到所需要的數(shù)據(jù)。4、整體油箱快速檢漏設(shè)備飛機(jī)整體油箱傳統(tǒng)的檢漏方法采用氣密試驗(yàn)和油密試驗(yàn)。氣密試驗(yàn)用于檢測(cè)整體油箱的整體泄露情況，傳統(tǒng)方法存在無法定量

13、、檢測(cè)精度低、檢測(cè)結(jié)果受人員因素影響大等問題；油密實(shí)驗(yàn)用于查找單點(diǎn)漏源位置，同樣存在無法定量、易燃、污染嚴(yán)重、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高等問題。整體油箱快速檢漏設(shè)備，是針對(duì)飛機(jī)整體油箱的泄露檢測(cè)需要而專門研制的泄漏檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備通過差壓檢漏技術(shù)隊(duì)飛機(jī)整體油箱的總漏率進(jìn)行檢測(cè)，通過氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)隊(duì)飛機(jī)整體油箱的單點(diǎn)漏源進(jìn)行查找、對(duì)單點(diǎn)漏源漏率進(jìn)行檢測(cè)。使用整體油箱快速檢漏設(shè)備后，克服了傳統(tǒng)檢漏方法的不足，檢測(cè)精度高、效率高、安全可靠，提高了整體油箱的泄漏檢測(cè)水平。三、結(jié)語數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用不僅限于目前國內(nèi)逐步開始實(shí)施的大型數(shù)字化項(xiàng)目，在部件裝配的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以使用，深入到技術(shù)、生產(chǎn)、質(zhì)保體系中，來監(jiān)控和保證各個(gè)環(huán)節(jié)的精度。使用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，