飛機(jī)裝配檢驗技術(shù)分析

張曉潔

摘要：傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配采用剛性工裝定位、手工制孔連接、基于模擬量傳遞的互換協(xié)調(diào)檢驗方法和分散的手工作坊式生產(chǎn)。自20世紀(jì)80年代以來，隨著計算機(jī)輔助設(shè)計/制造（CAD/CAM）技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)、自動化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在現(xiàn)代飛機(jī)制造中得到了廣泛的應(yīng)用，飛機(jī)制造進(jìn)入了數(shù)字時代。本文就飛機(jī)裝配檢驗技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)裝配;檢驗;技術(shù)

引言

受到飛機(jī)結(jié)構(gòu)特點、零件及工裝制造精度、裝配工藝水平、檢測手段、研制周期和經(jīng)費等諸多因素影響，國內(nèi)幾大主機(jī)制造企業(yè)目前都還只是在某些點或線上形成突破，車間的布局規(guī)劃分散，未形成全局的概念，相關(guān)配套軟硬件設(shè)施也不能適應(yīng)現(xiàn)代飛機(jī)生產(chǎn)自動化裝配的需求，無法滿足高新武器裝備高質(zhì)量、長壽命的要求。

一、檢測關(guān)鍵特征

飛機(jī)數(shù)字化制造采用數(shù)字量進(jìn)行協(xié)調(diào)，關(guān)鍵特征數(shù)據(jù)流貫穿飛機(jī)制造過程，關(guān)鍵特征的設(shè)計、提取、傳遞、轉(zhuǎn)化、使用直接影響飛機(jī)數(shù)字化制造的質(zhì)量和效率。在CAD系統(tǒng)中，特征被認(rèn)為是某種具有形狀和功能屬性的信息集合，是產(chǎn)品制造質(zhì)量關(guān)鍵控制要素，依據(jù)飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件的幾何及檢測特點，將面向飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的檢測特征進(jìn)行歸納，如圖1所示。

以裝配單元為數(shù)據(jù)集，面向飛機(jī)裝配的檢測關(guān)鍵特征包括：定位協(xié)調(diào)基準(zhǔn)、檢測點集、特征識別物等。關(guān)鍵特征的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

（1）檢測點應(yīng)在具有高強(qiáng)度、剛性好、變形較小的結(jié)構(gòu)件上選取，如加強(qiáng)框、梁等;（2）檢測點盡量在設(shè)計分離面、工藝分離面和對接面上;（3）檢測點的分布合理，具有代表性;（4）檢測點具有較高的位置和幾何精度，盡量與K孔、定位孔和工藝孔一致;（5）檢測點位置應(yīng)保證檢測的可達(dá)性。

按上述規(guī)則選取關(guān)鍵特征點后，按檢測點位、零部件成型工藝、檢測誤差項、剛性以及對飛機(jī)裝配精度的影響等信息對關(guān)鍵特征點進(jìn)行綜合評價，并分配相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。特征點的詳細(xì)信息可結(jié)合數(shù)模進(jìn)行提取。

二、表面類特征檢測

飛機(jī)裝配過程中，主要的表面類特征包括間隙、階差、波紋度和氣動外形，直接影響飛機(jī)的隱身性和氣動特性，傳統(tǒng)檢測方法存在以下問題：

（1）間隙和階差檢測。間隙和階差依靠塞尺測量，表面沉頭孔（包括鉚釘孔和螺栓孔）采用窩量規(guī)等模擬量檢測，依靠工人肉眼判斷，檢測精度與工人經(jīng)驗有關(guān)，測量準(zhǔn)確度低。

（2）波紋度和氣動外形檢測。采用卡板檢測精度低，不能定量分析氣動外形誤差大小，而且卡板制造周期長，費用高，安裝勞動強(qiáng)度大，很難實現(xiàn)飛機(jī)部件全部外形的測量，影響飛機(jī)制造精度。國際上先進(jìn)的表面類特征的檢測技術(shù)采用光學(xué)非接觸式測量，如圖2所示，主要包括：

（1）攝影測量。采用特定的工業(yè)相機(jī)，在不同的位置對待測物體進(jìn)行拍照，再將數(shù)據(jù)傳給后臺計算機(jī)，通過軟件對采集圖像進(jìn)行處理，最終得到被測物體的表面點云圖，并與理論數(shù)模進(jìn)行對比，實現(xiàn)了物體的表面尺寸檢測。適用于大型部件及整機(jī)的測量，效率較高，精度在亞毫米級。

（2）白光測量。仿照人眼視覺原理，通過多個特定布置相機(jī)，利用二維光學(xué)成像重建工件的三維數(shù)學(xué)模型。適用于飛機(jī)零部件的測量，測量誤差低于0.1mm。

此外，現(xiàn)代飛機(jī)制造向著異地協(xié)同模式發(fā)展，一些重要零件，特別是大型零部件，協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜，如大型的艙門、口蓋類、翼面類零件，配合面形狀復(fù)雜，通過對配合面的三維形貌掃描，預(yù)判零部件匹配程度，降低返廠返修率，保證飛機(jī)研制進(jìn)度。

三、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征檢測

內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征包括框位、交點孔、K孔、工藝孔、關(guān)鍵飛行傳感器支架等。由于上述特征位于機(jī)體內(nèi)部，通視性較差，常規(guī)光學(xué)測量儀器很難發(fā)揮作用，可采用關(guān)節(jié)臂測量。它是一種耦合轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和定長臂的坐標(biāo)測量系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)處設(shè)有角度編碼器，用于測量轉(zhuǎn)角信息，定長臂精確標(biāo)定，經(jīng)過系列坐標(biāo)變換得到待測特征坐標(biāo)向量值。

受臂長限制，關(guān)節(jié)臂通常只能完成局部零部件的檢測，而飛機(jī)尺寸長達(dá)幾十米，如通過關(guān)節(jié)臂自身蛙跳實現(xiàn)轉(zhuǎn)站，誤差積累相當(dāng)大，影響測量精度。實際測量時，可采用激光跟蹤儀或激光雷達(dá)等大范圍測量工具，通過相匹配的接口（如球心），為關(guān)節(jié)臂提供全局基準(zhǔn)，以此實現(xiàn)大尺度內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的檢測。

四、大部件裝配質(zhì)量檢測

飛機(jī)大部件對接采用組合測量方式，解決大尺寸空間測量精度和測量范圍相互矛盾，充分發(fā)揮不同測量設(shè)備的優(yōu)勢。克服僅憑單一測量設(shè)備達(dá)到大范圍高精度測量技術(shù)難度大、成本高的瓶頸問題，其中主流的組合方案包括室內(nèi)GPS結(jié)合激光跟蹤儀、室內(nèi)GPS和激光雷達(dá)，優(yōu)化室內(nèi)GPS測量站位，測量接收器預(yù)置在關(guān)鍵測量特征處，實時反饋測量值，進(jìn)而監(jiān)控飛機(jī)大部件的位置和空間姿態(tài)。同時，結(jié)合大部件對接柔性工裝控制系統(tǒng)，自動完成飛機(jī)部件的定位、移動、調(diào)整、對接等，實現(xiàn)大部件對接閉環(huán)動態(tài)引導(dǎo)。基于室內(nèi)GPS的多任務(wù)數(shù)字量協(xié)調(diào)精度控制技術(shù)在波音787總裝過程中實現(xiàn)了大部件自動對接應(yīng)用，裝配時間從幾天縮短至幾小時。國內(nèi)采用該方法縮短了飛機(jī)大部件自動對接裝配周期50%以上，自動對接誤差僅為傳統(tǒng)工藝的20%。

五、活動部件檢測

活動部件包括舵面、活動艙門、起落架等，由于缺乏對待測件運動路徑的有效描述，傳統(tǒng)制造采用經(jīng)驗法和試配法，導(dǎo)致工作強(qiáng)度大、裝配周期長，特別是傳動環(huán)節(jié)多的系統(tǒng)，嚴(yán)重制約著飛機(jī)的研制進(jìn)度。動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，采用多個攝像機(jī)的攝影測量系統(tǒng)，測量過程中，攝像機(jī)固定于工作站位，各攝像機(jī)經(jīng)精確標(biāo)定，組成多目攝影測量系統(tǒng)。飛機(jī)活動部件上設(shè)置靶標(biāo)點，靶標(biāo)點與活動部件同步運動，攝像機(jī)通過跟蹤靶標(biāo)點進(jìn)而推算活動部件的運動軌跡，利于快速排查問題，提高裝配效率和精度。多目攝影系統(tǒng)的另一個重要作用是自動加工設(shè)備的導(dǎo)航，通過在末端執(zhí)行器上設(shè)置3個以上靶標(biāo)點，可實時檢測末端執(zhí)行器的空間位姿，提高自動加工設(shè)備精度。

結(jié)語：

以表面類、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、大部件對接和活動部件的裝配過程質(zhì)量控制為對象，闡述測量設(shè)備選型、整體測量場的構(gòu)建及其應(yīng)用效果，為數(shù)字化測量技術(shù)在飛機(jī)裝配領(lǐng)域的應(yīng)用提供借鑒。

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