飞机整机装配质量数字化测量技术

飞机整机装配质量数字化测量技术

张晟，金凡深

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨市150060

摘要：飞机几何外形即整机装配质量，直接影响整体装备的气动性能、隐身性能以及结构性能。为更加准确、高效、全面地评价飞机整机装配质量，本文提出了基于固定式测量站的飞机整机装配质量评价方法。首先介绍了整机固定式测量站的架构，对其包含的基站、激光扫描系统、自动化设备和系统软件进行了简要的介绍，并对各系统之间的关系进行了阐述。然后对测量设备的测量原理、系统标定方法和坐标系配准方法进行了分析。

关键词：飞机；整机装配；数字化测量

引言

大型壁板类组件主要在飞机外形结构中使用，大型飞机蒙皮壁板，具有结构复杂、刚性强度要求高等特点，需要严格控制制造过程的工艺，确保零件的外形尺寸精度，同时满足相关技术标准的要求。飞机装配质量检测技术，已经由传统的模拟量测量法，转变为数字化组合测量法。其主要是利用激光跟踪仪与关节臂测量仪的优点，对测量对象进行扫描，从而实现数据信息收集以及质量检测评估。论文对两种数字化组合测量方式进行研究，通过飞机水平尾翼实验验证组合测量方法的有效性。

1飞机数字化装配技术的定义

数字化装配是一种能适应快速研制和生产及低成本制造要求的技术。从其发展的历程看，它实质上是数字化技术在飞机设计制造过程中更深层次的应用及其延伸。数字化装配方法不仅包括了传统数字化装配概念中工装的设计、制造及装配的虚拟仿真等，还包括了像柔性装配方法、无型架装配方法等其他自动化装配方法。飞机数字化装配技术是数字化装配工艺技术、数字化柔性装配工装技术、光学检测与反馈技术、数字化钻铆技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用。数字化装配技术在飞机装配过程中实现装配的数字化、柔性化、信息化、模块化和自动化，将传统的依靠手工或专用型架夹具的装配方式转变为数字化的装配方式，将传统装配模式下的模拟量传递模式改为数字量传递模式。

2飞机整机装配质量数字化测量技术

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

3结论

飞机几何外形即整机装配质量，直接影响整体装备的气动性能、隐身性能以及结构性能。为了更准确、高效、全面评价飞机整机装配质量，本文对基于整机测量站的飞机整机装配质量评价方法进行了研究.需要指出的是，同一套固定式测量站，如果采用不同的测量规划方案，测量结果的一致性较差。因此，未来需要通过对整机测量规划方案的研究，获取综合精度和效率最优的测量规划方案，在满足测量精度的前提下，提高测量效率。

参考文献

（1)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。

(2)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。