大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及关键技术

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1、厂I氍警B吒R{MEN氍￡、l_■_■●-●l_-__l__I--●-r‘●巴■1划纠随着我国航空先进制造技术的发展，数字化测量技术在飞机制造领域得到广泛应用，尤其是大尺寸测量系统已经逐渐应用到飞机制造的：各个环节当中。采用先进的数字化测量设备，通过计算机、传感器、数字控制等技术，完成对零部件的精确测量，将大幅提高航空制造水平与效率。栏目策划：小城依然暂论坛FORUM大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及关键技术水ApplicationofLarge-ScaleMeasurementinAviationManufacturingandIts

2、KeyTechnology≥醴：、-I■圈郑联语北京航空航天大学机械工程及自动化学院教授。博士生导师、工学博士。先后在香港城市大学．英国巴斯大学和克兰菲尔德大学留学研修。主要研究方向：数字化设计与制造．先进测量与产品验证．可重构柔性工装。主持和承担国家自然基金、国防基金．总装预研．国防基础科研和863等项目10余项。发表论文60余篇。曾获国防和中航工业科技进步二等奖、原航空工业总公司科技进步三等奖。北京航空航天大学郑联语朱绪胜上海飞机制造有限公司姜丽萍t国家自然科学基金项目(51175026)和北京市数字化设计与制造重点实验室项目资助。3

3、8航空制造技术·2013年第7期大尺寸测量系统已经逐渐应用到飞机制造的各个环节当中。采用先进的数字化测量设备，基于三维数模，通过计算机、传感器、数字控制等技术，可以完成对零部件的精确检测，对零部件／工装安装位姿的监控与调整，并且可通过离线编程实现测量过程的自动控制，提高航空制造的生产能力及自动化水平。当前航空制造业朝着高精度、低成本、柔性化、数字化的方向快速发展，飞机零部件的加工和装配越来越依赖于大尺寸测量技术和系统提供的技术保证。因为一方面，飞机产品零部件尺寸越来越大、整体结构越来越多而精度要求越来越高，尤其是其中的关键特性⋯。另一方面

4、，在航空产品制造的全球协作精益化生产要求的背景下，要求大型复杂零部件能在全世界各地生产并能够无缝集成、统一装配，做到“统一协调、提前预见问题、少无返工”12】。同时，随着航空企业生产数字化程度的提高，要求形成产品设计、工艺规划、制造、检验等环节集成于一体的产品闭环制造数字链，对生产的各环节进行有效的沟通和反馈，保证产品的制造装配质量和产品制造周期中信息的统一性和交互性[31。大尺寸测量技术在航空制造业的应用航空制造工程中应用的大尺寸测量系统经历了从简单的望远镜和经纬仪到较现代的激光跟踪仪、激光雷达及摄影测量。20世纪90年代随着产品直接测

5、量的逐渐渗入，产品的质量已不完全依赖“硬”工具和夹具保证。最近几年又出现了自动化程度较高的非接触、六自由度测量系统。目前，大尺寸测量系统及技术在国内外航空制造行业得到了广泛的应用。如图1所示，利用数字化的测Ⅲ。。M。。。。旧。。m未来测量图1大尺寸测量在飞机制造中的应用阶段量设备及技术，结合先进的工艺装备技术、计算机技术、传感器技术、机器人技术等，通过使用统一的测量数据集，对飞机的零件加工、工装制造、部件装配和总装对接等各个阶段进行准确操作和严格检测，不仅可以提高检测效率和精度，节省大量成本和时间，而且可以保证生产过程的各阶段信息的互操作

6、性和集成性，将检测信息反馈给上游的工程设计阶段，对产品及工艺、工装等设计进行修改、优化。概括起来，在航空制造中，大尺寸测量系统及技术主要有以下几个方面的应用。1产品及工装性能验证产品，工装的几何尺寸和形位误差的检测是保证整套机械产品质量的关键。相对于传统的检测工具，大尺寸测量系统具有量程大、精度高、机动灵活等优点，可以对零部件的精度特别是关键特陛进行快速验证。基于新一代产品几何量技术规范(GPS)理论，把检验认证阶段的测量值与设计的规范值作比较，以确定实际产品／工装是否达到规范要求，并通过不确定度将规范和认证集成，保证设计功能的实现和认证

7、结果的可溯源性，实现产品和工装的快速验证。2大型机床的空间误差检定及补偿飞机壁板、梁框等大型构件的加l。’．．．毫。．件的安装调整，减少搬运装卸次数，提高生产效率。同时，在机测量可以及时发现制造过程中的问题，通过调整加工工艺参数和引入误差补偿等措施及时修正问题，并将信息反馈到上游设计阶段。大尺寸在机检测技术可以应用于数控切削、水切割、成形等工艺中。例如，三菱重工承担的波音787机翼蒙皮生产系统中，将两台激光雷达放在水切割龙门架上，边切割边测量，形成自动化的闭环制造系统，大大提高了生产效率和精度(图3)。4测量辅助装配技术测量辅助装配技术是

8、先进数字图2基ZJZT3激光跟踪仪的机床空间误差补偿系统(VEC)工需要使用大型多轴数控机床。由于滚珠丝杠及齿轮的磨损、金属疲劳等因素会使机床工作时产生误差，大型机床需进行定期调校。传统的21