大型飞机装配中的数字化测量系统分析和研究

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1、DⅫta

2、Des．9nandManu妇ctunngTe。hnoIogyforLar9。c。mme㈨IJet大飞机数字化设计与制造技术大型飞机装配中的数字化测量系统分析和研究AnalysisandResearchofDigitalMeasurementSysteminLarge—ScaleAircraftAssembly邹冀华毕业于北京航空航天大学飞行器制造工程系航空宇航制造工程专业．现工作于北京航空制造工程研究所数字化柔性装配研究室。研究方向为数字化装配．数字化测量和数字化容差分配技术。北京航空制造工程研究所邹冀华许国康现代

3、飞行器设计正在向着结构整体化．零件大型化、制造精密化的方向发展，如大型乜机机身直径日J．达5m，翼展超过50m，运载火箭：卷级直径更是早已超过5m，这不仅加大r零件制造的难度，还提高了对装配的飞机制造技术迅猛发展，其数字化测量技术在飞机装配中的作用越来越重要，地位越来越凸显。采用数字化测量系统不仅可以大幅度提升现代飞机装配的质量和效率，而且更能适应上层的飞机数字化设计，打通从设计、制造到装配的数字化、一体化流程。质量要求。国外装西己技术的发展非常迅速，采用先进数字化技术来实现其精准装配，大量使用了数字化定义模型和光学测量定位

4、技术、设备。国内飞机制造和装配方面还较薄弱，主要是因为在很高装配精度要求F没有系统的研究和运用，没有形成一套完整的体系。冈此本文将详细论述大型飞机数字化装配中的数字化测量系统(DigitalMeasurementSystem，DMS)。数字化测量系统的特点与原理数字化测量系统是利用数字化设备和技术，以计算机控制束完成自动、快速、精准的测量目的、任务和【作的一套组织体系。其作用和优势主要包括以卜．几点11-4]：(1)具有可进行大型测量工作的能力。这对于当今I毛机、宇宙1毛船、运载火箭等飞行器的尺寸在不断增大的状况，更有价值。

5、(2)虽然DMS比较复杂、成本较高，但是其使用乍命周期长，长期运用在高成本的飞行器制造业中，从整个周期成本算来，其成本反而得到极大的节省。(3)能够简化工装，使之具有更强的通用性和柔性。如应用激光跟踪仪实现无定位件装配方案。(4)能够完成更加复杂的形位2010年第3期·航空制造技术49髟论坛嗽uM测量任g-。其动态实时测量能力可量手段融为一体，共同工作完成装配1建立测量数字模型库以完成多日标点位置数据的同时反馈与控制。DMS采用的数字化测量设备有激光跟踪仪、摄影测量仪、雷达扫描仪和iGPS等。它们的测量原理都是通过控制被测物

6、体的6个A由度来确定其空I'开j位姿的。在装配设计和制造过程中，在产品或工装的主要平面上预先设计⋯3个光学工具点(OpticalToolingPoints，OTP)，并给⋯该产品或工装往正确位置上时这3点的理论坐标值，再由数字测量设备测量这3点，并通过计算机计算出各点的实际坐标值。由于实际值和理论值之问存在误差，适当调整装配对象的位置使测量实际值逐渐逼近理论值，当每个点的实际坐标值达到设计给定的理论坐标值的公差范围内时，即确定r产品或工装在装配中的空I’开J正确位置。数字化测最系统L：作时还需坚持4个原则，即3-2一l原则、

7、自由度分离原则、公差分配原则和主要平面选取原则15-61。DMS将计算机，数字化测量设备和其他各种软硬件，以及数字化测任务。其在装配中的应用原理如图1所示。从该工作流程框架图中日丁以看到，DMS大致包含■大块内容：(1)计算机辅助测量样机设计系统环境(COmputerAidedMeasurementMock—upDesignSystemEnvironment，CAMMDSE)；(2)测量系统环境(MeasuringSystemEnvironment，MSE)；(3)测量使用系统环境(Mcas．uringExploitatio

8、nSYStemEnvironment，MESE)。计算机辅助测量样机设计系统环境CAMMDSE主要是根据数字化测量需要，以产品(零部件、工装)为核心，对产品设计的三维数字模型库扩展与重组，生成以测量为目的的三维数字模型(数字样机)，并包括工装的测量模型定义，初步建立有关测量方案、程序编制等的参数及文件。整套亡作以计算机为依托，形成一套完整的设计环境。主要包含以F工作内容：它是一套包含数字模型的测量数据集，应用丁数字化测最的各个环节，也可用做装配后期检验数据集的依据。其建立过程如图2所示，建立依据是1：程数据集。从工程数据集中

9、分离出2类模型信息：几何信息和IE儿何信息。儿何信息即几何模型，主要是产品的j维空间图形，包括辅助的点，线和面等。在生成测最用三维数字模型时可以根据需要对这些信息进行增删，提取所需的点线面信息，并基于此生成必要的测量■维数字信息。所有与测量相关的非几何信息都是以属性的形式出现的。根据所需描