大尺寸復雜曲率壁板高精度定位技術

解倩靚

摘 ? 要：作為一類薄壁件產品，飛機機身裝配過程的定位精度直接影響飛機性能，飛機的裝配質量和飛行壽命也會同時受到較為深遠影響。基于此，本文研究簡單總結了大尺寸復雜曲率壁板結構特點與定位約束要求，并深入探討了大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位技術選用，希望研究內容能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

關鍵詞：大型飛機 ?高精度定位 ?復雜曲率 ?激光跟蹤儀

中圖分類號：V26 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0118-02

大尺寸復雜曲率壁板近年來在我國大型飛機領域的應用日漸廣泛化，大尺寸復雜曲率壁板的裝配也因此受到業界廣泛關注。在具體裝配過程中，以蒙皮為基準的飛機壁板裝配仍廣泛應用于大尺寸復雜曲率壁板的裝配，因此本文研究也主要圍繞作為裝配起點的蒙皮展開。

1 ?大尺寸復雜曲率壁板結構特點與高精度定位要求

1.1 結構特點

本文研究的大尺寸復雜曲率壁板同樣由蒙皮、加強筋、長桁、加強框組成，屬于典型的復合材料整體壁板，具備氣密性、剛性好、重量輕等特點，由于具備同時成型的蒙皮、加強筋、長桁、加強框一體化結構，這一壁板具備外形曲面曲率變化復雜的特點，大尺寸復雜曲率對定位精度控制提出了較高挑戰。受到復合材料整體壁板特性影響，本文研究的大尺寸復雜曲率壁板還需要處理變形、協調、厚度超差等方面問題，這也使得高精度定位的難度進一步提升[1]。

1.2 高精度定位要求

由于研究對象大尺寸復雜曲率壁板屬于復合材料整體壁板，因此其不僅需要用于機身外形的保證，還需要承受集體傳遞的剪切、彎曲、扭轉等載荷，因此在大尺寸復雜曲率壁板的定位過程中，由于部分區域需承受較大載荷，必須針對性保證其具備較高外形定位精度，即保證蒙皮階差、間隙較小，并擁有較低的框外形緣公差，本文研究僅圍繞高精度要求定位區域展開。為滿足高精度定位要求，大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位可圍繞自動定位方式和手動定位方式展開。所謂自動定位方式，指的是通過自動定位裝置，不采用工藝耳片孔實現的高精度定位，如POGO柱陣列、工業機器人，定位過程可實現對滿足大尺寸復雜曲率壁板定位精度要求的最優姿態計算，并將計算得出的參數傳遞給自動定位系統，實現定位。手動定位方式需采用數控機床，針對性開展工藝孔加工，并在設計環節預留工裝孔與工藝孔的配合間隙，具體的高精度定位基于系列尺寸的定位銷實現，工裝定位孔與工藝耳片孔軸線之間的位置關系屬于高精度定位的關鍵，部件定位位姿優化可通過多次篩選和反復試裝實現，滿足大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位要求[2]。

2 ?大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位技術選用

2.1 傳統技術應用

為滿足大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位需要，可采用壁板蒙皮工藝耳片孔定位與蒙皮對縫余量補償法兩種傳統技術，以此實現高精度定位目標。在壁板蒙皮工藝耳片孔定位技術的應用中，需基于大尺寸復雜曲率壁板的形狀及尺寸，安裝第一與第二新工藝耳片，安裝部位應在原工藝耳片兩側，由此針對性鉆制定位孔，即可滿足高精度定位需要。在具體實踐中，需結合大尺寸復雜曲率壁板應用機型的技術條件及具體的工藝耳片分布情況，以此準備相同材料的第一與第二新工藝耳片，二者厚度應為蒙皮厚度的1/2。需結合原工藝耳片尺寸外形，開展針對性加工與實際外形銼修。基于裝配工裝上大尺寸復雜曲率壁板蒙皮定位方式，在蒙皮上原工藝耳片上下兩側采用夾持的方式分別放置第一與第二新工藝耳片，夾緊采用工藝夾緊器。新工藝耳片與原工藝耳片采用沉頭鉚釘鉆制“一”字方向的連接孔，這一過程需保證蒙皮原耳片定位孔中心與鉚釘孔中心距離最小為2倍鉚釘直徑。基于大尺寸復雜曲率壁板蒙皮外形，即可針對性鉆制新耳片孔于新工藝耳片上，更好滿足機型技術要求，滿足大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位需要。在完成全部裝配工序后，可分離蒙皮與新工藝耳片連接的沉頭鉚釘，并去除原工藝耳片，由此即可滿足快速高精度定位需要;而在蒙皮對縫余量補償法的應用中，需滿足外蒙皮間存在的較為嚴格對縫間隙要求，保證對縫間隙控制在1mm內，為實現這一目標，需保證加工過程的蒙皮邊緣留有一定余量，由此確定修配余料大小，即可按蒙皮對間隙要求，更好滿足大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位需要，余量補償法的應用可在其中發揮較為積極作用。值得注意的是，真空吸附大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位中的應用也需要得到重視，通過準備真空吸附夾具、貼合真空吸附夾具邊緣擋件與蒙皮壁板邊緣，即可更好服務于高精度定位，點陣式吸盤的針對性應用也需要得到重視。

2.2 新技術應用

為更好滿足大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位需要，本文建議采用激光跟蹤儀這一高精度數字化測量設備。激光跟蹤儀具備操作簡單方便、測量精度高、測量范圍廣等優點，基于兩個角度編碼器和自身激光測距儀，可實現對目標點距離測量坐標系旋轉角度和直線距離的實時測量，測量點的空間三維坐標可通過進一步坐標轉換獲得，因此其早已廣泛應用于發達國家飛機制造領域。對于本文研究的大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位來說，基于激光跟蹤儀的定位技術應用具備較高實用性，為獲得大尺寸復雜曲率壁板定位孔及外形點云的空間位置姿態，需采用激光跟蹤儀的附件T-probe與T-scan。

作為球坐標測量系統，激光跟蹤儀本身附帶溫度傳感器，能夠實時監控測量過程中的現場溫度變化，并基于測量數據實現針對性補償，因此大尺寸復雜曲率壁板的定位精確性可得到更好保障。通過附件T-probe、附件T-scan的綜合應用，即可更好滿足高精度定位需要。在附件T-probe的應用中，其屬于無線通訊接觸式測量設備（可移動手持式）其能夠較好服務于大尺寸復雜曲率壁板的外形結構測量，在大尺寸復雜曲率壁板工裝定位孔和工藝耳片孔的測量中，附件T-probe的應用可圍繞擬合圓柱軸線展開，工裝定位孔和工藝耳片孔的位置關系可由此獲得。附件T-scan屬于高速掃描儀器（非接觸式），通過固定連接工業機器人等可移動控制設備，即可較好服務于測量工作。在對大尺寸復雜曲率壁板加強框和蒙皮區域的掃描中，附件T-scan可通過掃描獲得外形點云，滿足高精度定位需要。在具體的激光跟蹤儀高精度定位過程中，測量可分別圍繞大尺寸復雜曲率壁板結構件下測量和裝配型架測量展開，前者測量需通過測量外形與工藝孔，獲得外形點坐標與工藝孔坐標，以此逐步明確外形最優配準、最優部件裝配位姿、最優工藝孔位置。裝配型架測量需首先開展定位孔測量，以此實現孔點云定位、孔軸線定位，并結合最優工藝孔位置，開展同軸度計算，最終計算定位銷尺寸，結合向下近似原則，及測量獲得不同定位孔處的定位銷尺寸，即可最終實現大尺寸復雜曲率壁板的高精度定位。

3 ?結論

綜上所述，大尺寸復雜曲率壁板高精度定位技術的應用需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的傳統技術應用、新技術應用等內容，則提供了可行性較高的大尺寸復雜曲率壁板高精度定位技術應用路徑。為更好發揮技術優勢，相關系統軟件的針對性設計必須得到重點關注。

參考文獻

[1] 肖慶東，甘露，尚江坤，梁雪梅.復合材料壁板單面緊固件機器人自動鉆鉚技術[J].航空制造技術，2019，62（15）：42-48.

[2] 李義，葉宏軍，翟全勝.縱橫加筋碳纖維復合材料壁板整體成型技術研究[J].科技與創新，2018（4）：46-48.