沈盼捷

　　。使用计算机平台进行图像匹配及相关数学公式转化计算，得到被测零组件上关键测量点的空间坐标，获得被测零组件外形等相关信息在线测量。
　　飞机数字化装配在线测量技术
　　在线测量技术的实际应用体现在对零组件装配过程实时监测得到反馈数据，对理论数模与实际位置对比得出装配误差，通过控制系统对定位器微调，直到零组件装配达到装配精度要求。装配过程中工装起着支撑和定位的重要作用，研究刚性与柔性工装在线测量技术，对飞机大部件最终测量结果提供误差依据，缩短飞机交付周期。
　　1  刚性工装在线测量技术
　　传统的刚性工装占地面积较大，数量较多，为便于飞机零组件快速装配，使用激光跟踪仪与iGPS结合实现在线测量。工装上都有便于工装设计、制造与维护相应的飞机坐标系理论点（TB1、TB2、TB3、TB4），对大飞机零组件装配时需要多次转站建立坐标系，在工装的立柱、横梁内侧和地板及辅助地面布置测量基准点（ERS1、2、3、4、5、6），每次转站可视化公共点5个左右，与工装关键TB点建立飞机坐标系拟合误差达到最小。采用iGPS 6个发射器，在工装相应定位器与产品关键点上布置接受传感器。测量点与设备的分布如图2所示。
　　
　　
　　图2  刚性工装测量点与设备布局

        利用激光跟踪仪根据工装理论坐标点使用最佳拟合法或束调整方法建立飞机坐标系。将飞机与工装理论数模在CATIA中转化为stp格式，导入到激光跟踪仪三维测量软件中，在飞机坐标系下测量架下未装配的飞机零组件关键点，通过飞机零组件测量关键点与理论坐标点最佳拟合，建立相对坐标系，在相对坐标系下再次测量飞机零组件装配关键定位点的位置，使定位点导出保存计算机平台。将坐标系重新转换飞机坐标系，导入飞机零组件在相对坐标系下关键点的实测值，将实测值坐标点反馈到产品工装关键位置进行标记。将标记的实测值传输到iGPS软件系统中，通过发射器发出指定飞机零组件装配关键点位置信号，分布在定位器上的接收器接收信号数据，将零组件装配到指定位置。装配过程中激光跟踪仪与iGPS结合实时跟踪飞机零组件在线测量。最终生成数据分析报告，为后续飞机大部件装配提供精确的误差数据，减少装配误差。
　　2  柔性工装在线测量技术
　　柔性工装是一种数字化、柔性化与自动化工装，主要依靠模块化定位器定位零组件装配，定位器的位置精度决定了零组件装配精度。单独使用激光跟踪仪，iGPS与数字照相仪或两者结合都可以实现在线测量，测量设备布局如图3所示。
　　
　　
　　图3  柔性工装测量设备布局

        （1）使用激光跟踪仪可以对零组件装配关键位置与柔性工装定位器实时在线监测。柔性工装定位器是直接执行零组件装配定位的重要元件，也是测量点布局的重要位置，任何定位点微小的变形和误差都会对整个飞机零组件装配与在线测量产生影响，定位器通常联动且在工装内侧。因此，柔性工装在线测量采用多台激光跟踪仪集成在线测量系统，通过软件接口连接一台计算机控制多台激光跟踪仪，完成测量环境的建立。根据工装的理论TB点建立飞机坐标系，在工装动态定位器上放置测量工具球，用于实时跟踪定位器的位置。将工装与零组件数模导入测量软件与实际位置对比，对工装每一个定位测量点按照不同机型的正确位置进行校准，补偿系统产生的误差。对飞机零组件装配关键位置实时监测，将测量信息反馈到计算机平台，通过控制系统对测量点的位置在线监测自动调整，保证布局点重复定位和装配零组件定位器同步协调精度，实现飞机数字化装配在线测量。
　　（2）iGPS 在线测量系统综合应用了集成传感器、计算机、自动控制和图像识别技术，不仅能够对柔性工装多个定位器同时监测，而且每个接收器读取它自己实际空间坐标，实现快速自动控制装配产品。图中使用了6个发射器，接收器放置于动态定位器与零组件关键点位置，每个接收器需接收不少于4 个发射器的信号，才能保证飞机零组件装配精度最小。发射器数量取决于工作区域的大小，无需转站，应避免阻挡障碍。在不同的坐标系下测得发射器方位值，对各发射器相对位置关系和空间布局进行标定，使所有发射器测得的目标点在同一个坐标系下，然后对测量结果进行计算分析，求得各发射器坐标系之间相对位置和姿态，建立飞机测量坐标系。将飞机零组件数模导入软件与实际装配位置比对，零组件上关键点与动态定位器的位置实时反馈计算机，由计算机发出信号传输到控制系统及时在线监测调整，实现飞机数字化装配在线测量。
　　（3）数字照相仪测量系统对飞机零组件装配过程实时检测，为便于拍摄飞机零组件外形点云数据的后置处理，对飞机零组件与工装关键测量位置布置特征点进行标定。拍摄时对这些标记的特征点重点拍摄，对关键测量点的三维空间坐标计算转换，完成照相仪拍摄坐标系转换为飞机坐标系。将飞机理论数模导入到点云处理软件与实际装配位置对比，对飞机零组件装配外形实时监测调整，实现飞机数字化装配在线测量。
　　按照测量规划完成飞机零组件数字化装配在线测量，将实时数据分析报告与大部件装配完成下架测量数据报告对比，形成最终测量报告。
　　某型飞机后机身数字化装配在线测量
　　在线测量技术在后机身组件装配中的应用，为难装配、难测量零组件提供可靠测量方案，也为后期终检结果提供误差数据。通过对后机身总装工艺性分析，实现部分装配工位在线测量，最终生成数据分析报告。
　　1  后机身数字化装配工艺性分析
　　后机身由上部壁板组件、左侧壁板组件、右侧壁板组件、压力隔框、后机身舱门（包括服务门、货舱门等）、背鳍组件、地板组件等7部分组成。后机身总装工艺流程如图4所示。
　　
　　
　　首先，由上半壳零件（蒙皮、长桁和框角片）初定位组成壁板，在自动钻铆机系统上编制钻铆工艺装配为壁板组件。由零组件装配服务门口框，对门口框架下补铆，应用在线测量技术完成门口框与组件壁板装配形成上半壳装配；第二步下半壳零件初定位组成壁板，自动钻铆机装配形成壁板组件。由零组件装配货舱门口框，对门口框架下补铆，应用在线测量技术完成门口框与组件壁板装配形成下半壳装配；第三步后机身地板组件装配，架外补铆，应用在线测量技术完成地板组件与下半壳机身装配；第四步应用在线测量技术完成后机身上半壳组件与下半壳组件环向对接；最终应用在线测量技术对后机身部分零部件装配完成总装，按照测量计划架外测量后与在线测量数据对比形成数据分析报告，完成喷漆。
　　2  后机身数字化装配在线测量
　　在后机身组件数字化装配过程中，对组件装配基于激光跟踪仪在线测量。通过工装理论点与空间布置的ERS点，用一台激光跟踪仪进行转站实现组件装配在线测量。将零组件与工装数模导入测量软件系统中，对关键测量点的理论数据导入测量软件。组件装配在线测量规划实施如图5所示。
　　
　　
　　图5  后机身数字化装配在线测量站位布局

        按照站位的布局，布置的ERS点与工装理论TB点使用最佳拟合法建立飞机坐标系。在装配过程中实时测量零组件装配关键点，当零组件测量关键点出现偏差时，将测量工具球放在工装关键定位器的位置实时调整测量，完成部分零组件数字化装配。
　　将激光跟踪仪放置在后机身组件装配可视化位置，通过仪器束调整或JUMP法转站调整仪器位置，对组件装配过程在线测量，安装另一组件装配时，根据导入软件当中关键点的理论值，将激光指定到该组件装配的位置，添加点到面监视测量窗口，完成部分组件的装配，随时生成测量分析报告，后机身79框装配在线测量分析报告如图6所示。从图中的数据分析可知，空间坐标系下蒙皮外形理论与实际偏差值都在±0.1mm左右，x ，y ，z 方向偏差最大分别为0.0150mm，-0.0685mm，0.0265mm，满足飞机蒙皮外形测量值要求。后机身组件装配过程中实现在线测量，提高后机身装配精度，减少超差位置，出现超差点可按在线测量报告实时分析，及时发现问题，便于工艺与检测人员参考，对缩短飞机交付周期具有重要意义。
　　
　　
　　图6  数据分析报告

        结束语

        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。本文结合现场实际工作经验，介绍在线测量设备组成，研究刚性与柔性工装在线测量技术，并基于某型飞机后机身装配过程验证基于激光跟踪仪在线测量系统的可行性。数字化在线测量技术突破传统飞机测量模式，为飞机数字化设计制造模式解决关键技术难题，提高了飞机整体结构的可靠性与安全性，增强了飞机的制造精度与研制水平，对快速提升现代大飞机数字化装配质量和效率具有重要意义。
　　参考文献

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        [3]安志勇，曹秒，段洁.数字化测量技术在飞机装配中的应用.航空制造技术，2013，18:48-51.

        [4]杨扬.轿车车身尺寸在线检测数据自动报警方法研究与应用[D].上海大学，2011.

        [5]林美安.飞机机身装配工艺及仿真技术研究[D].南京航空航天大学，2010.（责编玲犀）