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飞机整机装配质量数字化测量技术李德芳

发表时间：2021/4/27 来源：《基层建设》2020年第33期作者：李德芳

[导读] 摘要：目前我国航空制造业在进行飞机装配时所使用的技术仍然较为落后，但数字化的发展趋势极为明显，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。

        中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安 710089
        摘要：目前我国航空制造业在进行飞机装配时所使用的技术仍然较为落后，但数字化的发展趋势极为明显，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。
        关键词：飞机整机；装配质量；数字化测量；技术应用
        引言：数字化组合测量方法，在大型飞机壁板类组件装配质量检测过程中的应用比较广泛。其能够有效解决信息采集问题，将激光跟踪仪与关节臂测量仪进行结合，从而实现数字化复合测量，有效提高测量效率。利用数字化组合测量，辅助飞机装配质量检测，能够提高测量的精度，降低误差的范围，具有较强的可行性。利用激光跟踪仪，能够提高点云拼接的准确度。通过关节臂测量仪，可以进行非接触扫描，提高了测量的精度与效率。数字化组合测量方式，具有速度快、效率高等特点，数据采集比较完善，质量检测的准确性较高。
        1飞机整机装配系统工作流程
        1.1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。
        1.2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。
        1.3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。
        2在飞机装配中数字化测量技术的应用
        2.1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[1]。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。
        2.2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。

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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得到了增强，装配与组合更加合理和准确，对飞机装配的要求得到实现。
        2.3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，在波音等飞机[2]，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。
        2.4组合测量精度与效率分析
        组合测量的精度与效率，是决定数字化组合测量法有效性的主要因素。组合测量的误差，主要包括测量仪器误差、靶球外轮廓特征拟合错误以及靶球自身误差等。设备测量误差，主要是测量过程出现失误，导致数据采集不准确。根据实验证明，组合测量法的测量精度与效率较高，具有一定的优势。传统的飞机装配质量检测，主要采用激光跟踪仪进行测量，采点频率主要是5点/s。而采用组合测量方式，利用扫描头进行数据采集，采点频率可以达到30000点/s[3]。组合测量方法，属于非接触测量，不会破坏薄壁件的结构，能够提高测量效率，提升测量的精度。
        2.5整机固定式测量站架构
        整机固定式测量站主要包含基站、移动式激光扫描仪、自动化设备、系统软件四部分，以安装在自动化设备上的移动激光扫描仪作为近距离终端测量设备，完成分区域精密点云测量；利用基站建立全局测量坐标系，并完成移动式扫描仪位姿的定位跟踪；通过全局标定完成局部测量数据向全局测量坐标系的统一转换，实现不同位姿下局部测量数据的拼接.
        2.6促进全机对接的实现
        为了在全机对接中提高对接精度，充分利用数字测量技术，引进激光跟踪测量系统。该技术的使用不仅能够实现整个对接过程具有较高的精度控制，还能够充分发挥自身优势，对周围进行大面积测量，在测量的过程中保持较高的机动性能，在保证不接触机身的前提下实现精准测量[4]。同时，考虑到飞机产品种类众多，在测量过程中会遇见许多不同的情况，因此系统提供了多种运作形式，适用于不同测量情况。由于测量技术进步，对工作人员也提出了新要求，需要他们在面对不同的测量情况做出正确判断，顺利完成工作。
        结束语
        综上所述，当前，航空制造业朝着高精度、高效率、低成本、柔性化的方向快速发展，产品零部件越来越大且精度要求越来越高，尤其是其中的关键特性，如流体型面的轮廓度、对接同轴度、装配孔位置度、连接面的间隙等。制造与装配过程中关键特性的微小偏差或波动会严重影响产品性能、降低效率并造成能源的大量消耗。作为评价飞机整机装配质量的关键特性，飞机几何外形直接影响整体装备的气动性能、隐身性能以及结构性能。因此，大型飞机整机几何外形的精确三维检测对于航空航天领域高端装备制造具有重要意义。
        参考文献：
        [1]刘春，许兵，张洪瑞，王巍.飞机数字化装配仿真技术综述[J].机械工程师，2016（10）：1-4.
        [2]景喜双，张鹏飞，王志佳，等.数字化组合测量辅助飞机装配质量检测技术[J].北京航空航天大学学报，2015，41（07）：1196-1201.
        [3]惠巍，沈波，胡保华，惠飞，郭玲玲.飞机装配工艺三维数字化设计[J].西安工业大学学报，2015，35（02）：112-118.
        [4]何丽红.三维装配仿真技术在飞机数字化装配中的应用[J].黑龙江科学，2015，6（04）：76+75.