大型飞机数字化装配在线测量技术研究

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1、钐论坛FORUM大型飞机数字化装配在线测量技术研究ResearchonOnlineMeasurementTechnologyinLargeAircraftDigitalAssembly沈阳航空航天大学航空航天工程学部王巍俞鸿均安宏喜谷天慧王巍沈阳航空航天大学航空航天学部、教授．硕士生导师．主要研究方向：数字化飞机制造技术，飞机装配工装的通用性及模块化设计。大型飞机数字化装配技术实现自动化精准装配，其主要特点是设计、制造和装配都采用数字量协调；数字化三维模型、数字化测量设备和自动化装配设备(工业机器人、自动钻铆机)集成应用，实现数字化装配⋯。其中，数字化测量技术是大型飞机数字化制造的核心

2、技术之一，能保证飞机装配过程中零部件制造的符合性、定位精确性和装配协调性。48航空制造技术·2015年第7期大型飞机数字化装配在线测量技术基于飞机大部件数字化装配过程，实现了对零组件装配过程实时跟踪测量，快速准确地检测装配件外形轮廓度及位置度，成功控制尺寸偏差，降低装配误差及人为误差，提高飞机产品装配质量。DOI：10．16080／j．issnl671-833x．2015．07．048各项关键技术都离不开测量技术的辅助支撑。各大民用航空企业承担国外大型飞机制造项目中，虽然已大量使用先进测量设备，但是对测量方法的研究较少，且对在线测量技术尚未完全掌握。相对于传统刚性工装装配产品离线测量方

3、式而言，在线测量技术实现了产品装配、测量和误差补偿集成应用，其测量结果直接以实时数字量表征，对装配过程中测量数据实时采集分析、传输、反馈和存储。根据测量结果及时发现装配误差，快速解决问题，对提高我国飞机数字化装配精度，缩短装配周期，保证装配效率，具有重要意义。离线测量由于装配与测量不在工装上同步进行，对飞机大部件进行搬运、重复装夹等操作，导致后期测量产生的误差较多。如测量设备本身误差、测量过程中操作误差、重复定位误差、本身重力引起误差与飞机装配误差等，很难确定误差引起的原因。因此，相比较离线测量方式，在线测量能实时跟踪零部件装配，保证产品装配效率，提高装配精度，在大型飞机数字化装配中适

4、用范围更广。飞机数字化装配在线测量软硬件组成大型飞机数字化装配在线测量方式多种多样。按照不同的测量方式研究测量设备系统构成，阐述在线测量设备组成，深化3种在线测量设备在飞机数字化装配中的应用。1在线测量系统构成数字化在线测量系统由硬件系统和软件系统构成。硬件系统主要包括计算机、控制器、驱动机构、执行部分和辅助测量装备等构成【2l。软件系统采用便携式跟踪与测量三维图形软件集成于计算机平台，实现设备控制和数据处理，所有实时监测数据和指令均由计算机平台输出，最终反馈到计算机。计算机平台通过软件系统建立测量数据集，实现在线测量，最终完成在线测量报告，以供装配人员参考。以激光跟踪仪系统构成为例，

5、如图1所示。在激光跟踪仪在线测量系统软件中建立飞机坐标系，按照测量规划将飞机理论数模导人软件系统中，与实际装配关键点理论数据对比分析，实现零部件装配过程中在线测量，得型飞机零组件数字化装配而言，高精度的装配方式、不稳定的零件变形、高难度的柔性定位器误差控制等都需要对飞机装配过程进行周期测量，且需要更多测量设备集成实现零组件装配过程在线测量。在线测量系统设备组成有：(1)激光跟踪仪在线测量。激光跟踪仪在飞机数字化装配在线测量时可随时转站，同时可以多台激光跟踪仪并行测量，在局域网用一台电脑可同时控制多台仪器【3】。跟踪仪本体可以连续地瞄准、跟踪反射靶标返回激光束位置，由仪器的控制中枢图1在

6、线测量系统构成出实时测量报告；硬件中，零部件装配关键点实测值与理论值输入计算机平台，将测量反馈的数据实时传输到由伺服系统、定位器与控制系统集成的柔性工装及辅助测量设备中，对测量过程中误差标定及时反馈到软件系统中补偿，对补偿误差数据分析与处理，实现在线测量，最终完成实时测量报告。2在线测量设备组成随着数字化技术的发展，航空业中测量技术从传统的使用样板、标准样件等工具测量，已经发展为使用电子经纬仪、全站仪、机械关节臂、三坐标测量机、激光跟踪仪、iGPS、激光雷达与数字照相仪等数字化测量设备进行测量。但是，由于各方面因素，如测量设备的数量、测量方法的选择与工装设计等因素限制，国内很多企业对在

7、线测量技术应用不多。特别对于大网发出指令与接受数据，并把数据传递到计算机平台进行数据处理，实现零组件装配多基站在线测量。(2)iGPS在线测量。iGPS能对空间分布的多个目标点高精度定位【4】。发射器通过旋转激光发射出激光信号，在零组件和柔性定位器上增加传感器用于接收光信号，接收器在3600测量空间内收集数据计算出准确位置，将当前传感器的位置实时地传输给计算机平台，自动校准装配，装配出现偏差时及时警告，解决偏差问题。同时，iGPS也可以和其他测