关于数字化测量技术在飞机装配中的应用探析

关于数字化测量技术在飞机装配中的应用探析

李鹏远

哈尔滨哈飞工业有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，飞机制造企业迫切需要尽快新建或改建相应的飞机部装或总装生产线，同时所建装配线必须满足低成本、高效率、高质量、人性化、可持续发展的生产要求。当前，移动式装配已经成为飞机装配生产的主要模式，精益生产是生产制造企业的基本要求，新工业革命环境下各种数字化、自动化飞机装配技术与系统发展迅速。所有零件的加工和装配数据均采用数字模拟传输的形式，并且在加工和装配过程中对这些数据的检查和控制无法完全满足现代柔性制造和传统形状测量所需的更复杂形状工件的需求。因此，本文分析和研究了数字现场测量技术在飞机框架装配中的应用。

关键词：数字化测量；飞机；装配技术

引言

随着数字化制造技术的发展及激光跟踪仪、激光雷达、结构光测量系统在航空制造业中的广泛应用，将检验融入生产环节形成闭环工艺优化已经成为现代航空制造业发展的趋势，相关闭环控制方法的研究有很多。飞机整机装配质量高精度、高效率测量对测量系统提出以下要求:一方面,测量量程应具有足够的伸缩性,以适应大尺寸形状特征;另一方面,要求在全量程内保证足够高的测量精度、测点密度和测量效率,以适应法矢与曲率的显著变化.基于多种测量手段建立组合测量系统,通过优化配置可以扩大测量范围,克服单一设备在测量范围、测量精度、采样密度方面的局限,实现信息互补并使测量结果达到最优是实现整机几何外形高精、高效测量的必然途径。

1飞机装配主要内容

1.1装配流程分析与规划

装配流程是生产线规划的基本依据。装配流程的规划可以分为两个方面：一是通过装配仿真软件等工具，依据制造分离面划分和“装配–部件对接–系统装配–集成–测试–交付”流程的基本原则，对装配流程进行设计；二是依据装配经验，利用价值流图和工作量描述表对装配工序进行多轮迭代优化分析，从而形成精益化的装配流程。

1.2飞机扩口导管闭环制造总体架构

飞机扩口导管闭环制造系统总体包括软件和硬件两部分，其中硬件主要包括视觉测量设备、工业机器人、导管切割机、导管夹具及扩口机，软件部分主要包括切割余量计算模块和位姿计算模块。视觉测量设备对导管的三维参数进行测量，测量性能既能满足高速率的要求又能达到较高的精度。所测得数据传递给软件模块用于计算导管余量切割位置和机器人位姿，最后生成机器人控制文件用于控制机器人运动。其中，视觉测量设备采用结构光测量系统。机器人用来代替以前的传统工装夹具，机器人的运动高效且可以控制，能够在提高工作效率的同时节省管路测量和切割时所需的人力。切割机用于切割管路的加工余量，为了避免切割过程中切割力对导管的损坏，可以选用激光切割或者火焰切割。

1.3产品工艺分析与方案

开展产品工艺分析并确定工艺方案是开展装配线总体设计的首要前提工作。其工作内容是依据产品图样、数模及其技术要求，结合工厂生产技术基础和工艺技术水平，确定研制或批生产计划、互换协调原则、工艺装备的选择/设计/制造原则、零组件交付状态确定原则、新技术/新材料/新工艺的试验规则以及各种新标准的贯彻原则，形成工艺总方案和装配协调方案。所形成的工艺分离面、装配单元、定位基准和方法、协调方法、工装需求等内容是装配线设计的重要影响因素。

2在飞机装配中数字化测量技术的应用

2.1实现标准化精密测量

飞机装配过程过去使用的传统测量方式主要应用模拟量形式，由于模拟情况与真实情况不可避免的存在差异，因此在数据精度方面极难控制，随着飞机装配产业实现现代化发展进程，数字量形式使用逐渐广泛，在数字的精准要求下，装配过程的每一阶段都对产品有了明确的要求和标准，整个产品生产过程变得更加专业化、细节化、精准化，产品质量具有了更多的保障。三维模型技术的出现为装配工作人员提供了一个更加鲜明具体的实物模型，减少了很多由于人为主观因素而产生的不合理操作，在整个装配过程中，各个零件之间的协调性实现了增强，装配与组合更加合理和准确，使工作人员对飞机装配提出的要求得到了满足。

2.2移动式激光扫描仪

移动式激光扫描仪测量原理为激光三角测量法,激光光源作为测量的指示光源,将调制后的网状线激光投射在被测表面上,同时又被CCD相机捕获,通过几何光学计算方法即可求解到被测表面的点云数据.同时,在移动式激光扫描仪上,按照一定的空间位姿关系,分布了一系列标识点。在测量过程中,当激光扫描仪上的至少3个标识点被两个相机(Ci与Cj表示测量站中可测量到扫描仪标识点的相机)拍摄到时,即可确定激光跟踪仪在全局坐标系下的空间姿态.移动激光扫描仪,使其扫描范围覆盖整个飞机,即可利用相机提供的空间位姿信息,完成测量数据的融合.

2.3装配测量工作

（1）装配件入位，工装位置调整好后，利用吊装设备完成装配件的入位。（2）导入装配数模，如工装数模、激光跟踪仪模型、装配件数字标工。（3）装配测量开始前对各激光跟踪仪进行预热、IP设置、网路组建工作,建立通信连接，初始化，并检测跟踪仪工作状态。（4）控制系统硬件部分就位，各软件系统完成初始化，操作人员经装配系统主界面发出执行装配命令，装配测量系统接收到执行装配命令后，开始启动多台跟踪仪的动态测量工作。（5）数据采集模块.在不同站位时,系统软件发送数据采集指令,完成对机表图像的采集,同时软件发送同步触发命令至基站,使基站内的相机同时触发,完成扫描仪上标识点的图像采集,从而实现扫描仪在测量空间内的位姿计算.(6)数据处理模块.三维扫描仪和基站采集的图像,首先通过软件进行三维重建,得到点的三维坐标值.然后,根据三维扫描仪上标识点的三维坐标值进行坐标系配准,使不同测量位姿三维扫描仪得到的点云数据融合到全局坐标系下,完成数据的融合处理.最终,通过测量值与飞机机表理论值的对比,完成飞机几何外形的评价,并输出飞机整机装配质量评价报告。

2.4提升移动生产线质量

由于飞机等航空产品都是体积较大、组装复杂的产品，企业进行生产时必须建立移动生产线进行产品安装，这样既能提高产品的装配速度，又能够提高装配效率，减少工作人员的负担。随着技术水平的提升，移动生产线虽未改变，但在生产线所使用的技术方面实现了突破和创新，通过将数字化测量技术应用在飞机移动生产线装配过程中，实现了装配精度的有效控制，提升了产品最终使用质量。最常使用的数字化测量技术为IGPS技术和数控技术，在安装波音等其他机型的飞机时，都实现了较为良好的应用，零件的安装使用情况更加完善和精准，距离测量和检测等工作质量和效率实现了明显提升，最终产品成效显著。

结语

飞机数字组装方法不仅包括传统数字组装概念中的模具设计、制造和虚拟仿真，还包括其他自动组装方法，例如柔性组装方法和无模板框架组装方法。通过使用数字化测量技术能够提升自动生产线产品质量、实现标准化精密测量、促进全机对接的实现，能够有效提升飞机装配水平，加速航空制造业的整体发展，为我国居民的飞机出行提供更多安全保障。

参考文献

[1]付刺利.数字化测量在飞机型架装配技术中的应用研究[J].科技展望,2016(19):153-154.

[2]张连环.数字化测量技术在飞机装配中的应用[J].世界有色金属,2016(15):96-97.

[3]赵建国,刘新宇,于思阳.飞机大型复杂构件三维数字化协同测量方法研究[J].航空制造技术,2018,61(5):55-59.