基于某型機大部件數字化對接技術的研究及應用

穆尚琦，付莉

（1.江西洪都商用飛機股份有限公司；2.江西洪都航空工業股份有限公司，江西 南昌 330000）

傳統的飛機多應用剛性的工裝實現大部件的對接，該方法通過工藝補償來協調，對接精度較低、易導致部件對接差，無法通過實時調整部件位置來提高產品質量。

近年，隨著制造業平的提高，對飛機大部件對接技術有了高質量、柔性、快速等方面的要求，各航空企業均在該方面開展了相應的應用研究，并取得了較高成績。

本文以某型機機身上下半部及客艙地板的對接為對象，從部件對接系統初始位置的設定、測量環境的構建、柔性機構的調姿、部件位置的跟蹤測量、部件自動對接等方面進行研究，并對飛機大部件數字化對接系統的功能和組成進行介紹。

1 部件數字化對接技術

某型機機身上下半部及客艙地板的對接控制系統主要由數控定位器、數字化測量系統和集成控制系統組成。

在此對接控制系統中，飛機部件不直接與數控定位器相連，這兩者均與托架相連；數控定位器由4根分散的立柱組成，通過每根立柱上的伺服電機驅動托架在X、Y、Z 3個坐標系方向上移動，從而實現部件的位置調整。調整時，部件狀態穩定，快速靈活，且可以實現多種產品的柔性定位。

數字化測量系統由能覆蓋整個測量場的數字化測量設備和軟件組成，如激光跟蹤儀、激光雷達等。

集成控制系統集成有數字化測量數據處理系統、定位器控制系統等。

2 數字化對接技術的應用

某型機機身上、下半部及客艙地板，存在尺寸大、剛性不足、對接點較多等特點，為提高部件對接質量，實現部件對接柔性、快速等方面的要求，采用數字化對接技術實現機身上、下半部及客艙地板的對接裝配。

2.1 部件對接工藝設計

某型機機身上、下半部及客艙地板對接時，先將客艙地板及其托架用數控定位器立柱上面4個點進行支撐，以廠房地面的地標點作為對接裝配的基準，通過激光跟蹤儀對客艙地板的托架上關鍵點進行測量，數控定位器的伺服電機驅動托架在X、Y、Z 3個坐標系方向上移動，調整位置后固定。再以客艙地板作為基準，將機身下半部及其托架用數控定位器立柱下面4個點進行支撐，通過激光跟蹤儀對機身下半部托架上的關鍵點進行測量并調整位置，實現機身下半部及客艙地板的裝配對接。

最后將客艙地板托架移除，仍以客艙地板作為基準，將機身上半部及其托架用數控定位器立柱上面4個點進行支撐，通過激光跟蹤儀對機身上半部托架上的關鍵點進行測量并調整位置，實現機身上半部與下半部、客艙地板的裝配對接。

2.2 對接系統初始位置的設定

某型機機身上、下半部及客艙地板對接前，需要對對接控制系統的初始位置進行設定：將廠房地面的地標點設為全機坐標系，通過測量地標點建立對接控制系統初始位置，作為對接裝配的基準；通過測量各組件托架上關鍵點，調整數控定位器上的伺服電機，驅動托架在X、Y、Z 3個坐標系方向上移動，調整各托架位置。數控定位器和機體組件之間非直接接觸，是通過托架進行連接，托架在全機坐標系內與機體各組件關聯，成一連體，托架位置即組件位置。整個部件在對接過程中的定位精度由數字化測量系統、數控定位器的精度保證。

2.3 測量環境的構建

某型機機身上、下半部及客艙地板的對接測量，有測量空間廣、對象尺寸大、精度要求高和難度大等特點，要實現準確對接，需先做好測量環境的構建，這樣能順利實現對接控制系統數字化測量的數據采集和傳遞，提高測量系統的精度，實現大部件的對接。

因此，在某型機機身上、下半部及客艙地板對接前，需先將廠房地面的地標點坐標系與全機坐標系擬合，作為大部件對接裝配的基準；收集各大部件間準確的相對位置關系，整個對接過程都在地面的地標點坐標系下完成。

2.4 柔性機構的調姿

飛機大部件對接過程前，采用激光測量系統對部件托架關鍵點進行測量，并對部件對接面的關鍵點進行測量；在對接控制系統中根據測量數據構建出對接部件和托架的實際位置，分析、模擬部件和部件、托架和托架對接的最優路徑，設定數控定位器立柱上支撐點的運動參數，控制伺服電機驅動托架和部件在X、Y、Z 3個坐標系方向，以及α、β、γ角的移動和調整，實現部件的對接。

2.5 部件位置的跟蹤測量

因整個大部件對接過程中的定位精度由數字化測量系統、數控定位器的精度保證，即大部件對接控制系統在部件對接過程中存在對接誤差，因此在大部件對接過程中，須借用激光測量系統對部件托架的關鍵點進行實時測量，以便實現對部件位置的實時跟蹤。

大部件對接誤差主要包括制造誤差、對接坐標系的誤差以及激光測量系統的自身測量誤差等。對接坐標系的誤差是坐標系構建過程中地標點的安裝誤差，可由激光測量系統自校正進行修正；激光測量系統的自身測量誤差，由制造商在理想的環境下測試后提供。

2.6 部件自動對接

整個某型機機身上、下半部及客艙地板的對接過程如下：

（1）客艙地板與托架關聯，由數控定位器立柱上面4個點支撐；

（2）測量客艙地板托架關鍵點，調整客艙地板與托架的位置；

（3） 機身下半部與托架關聯，由數控定位器立柱下面4個點支撐；

（4）依客艙地板的位置為基準，測量機身下半部托架關鍵點，調整機身下半部與托架的位置；

（5）機身下半部與客艙地板關聯，并移除客艙地板托架；

（6） 機身上半部與托架關聯，由數控定位器立柱上面4個點支撐；

（7）依客艙地板的位置為基準，測量機身上半部托架關鍵點，調整機身上半部與托架的位置；

（8）機身上半部與客艙地板、機身下半部關聯，實現大部件最終對接。

其中，坐標系的構建和關鍵點的測量對整個對接工作的準確開展起著關鍵作用。

3 結語

通過對某型機大部件對接過程中關鍵技術的分析，闡述了其在部件對接過程中的數字化應用。應用結果表明：采用大部件數字化對接技術，可有效提高部件對接質量，實現部件對接柔性、快速等方面的要求。