飞机的测量辅助装配技术

飞　　机产品的最终品质在很大程度上取决于装配的质量，装配和安装的劳动量占整个飞机制造总劳动量的50%~60%［1］;飞机零件形状复杂、尺寸大、刚度小、易变形，传统的装配工艺需要采用大量复杂的装配夹具/型架来保证装配的准确度，机械化和自动化程度相对比较低，手工劳动比重大，生产率低。随着计算机技术、信息技术和自动化技术的发展，飞机制造也正向数字化、信息化的方向发展，装配作为其中的关键一环，其发展方向也必然是数字化。

　　测量辅助装配技术（Measurement Aided Assembly，MAA）是飞机数字化装配技术的重要组成部分，它使用了数字化定义模型和三维数字化测量设备辅助装配工作，将装配现场的零部件信息映射到理论数模中，缩短了尺寸传递路线，减少了对工装夹具的依赖，将飞机装配过程中原本由人工完成的修配、定位安装工作变成使用自动化技术来完成，通过数字化三维测量技术获得零部件的真实状态信息，驱动自动化设备（如工业机器人、定位器）完成相应的装配工作，从而提高了飞机制造的柔性、敏捷性，它也受到飞机制造商的广泛重视，多个MAA系统也被随之开发出来。

　　本文从测量辅助装配技术的基本概念出发，阐述了该技术在零部件定位、补偿和大部件对接的应用，总结了其关键技术，并对该系统的技术开发提出了建议。

　　测量辅助装配系统的基本概念

　　测量辅助装配是基于装配对象的设计数模，依靠数字化三维测量系统，在装配过程中对装配对象进行实时测量，由获得的几何空间信息来指导定位和调整，保证对接工艺。国内的文献一般认为，测量辅助装配技术的系统组成应当包括2个方面［2-3］： 一是数字化测量定位系统；二是机电执行系统。但本文持以下不同意见。

　　首先，测量辅助装配系统的功能是通过数字化的测量设备将装配现场的几何信息映射到处理器中，同设计数模进行比较对照，并反馈结果指导装配。系统使用通用的设备实现了装配现场工作与设计数模的协调，从而减少了对传统专用夹具样板的需求，提高了飞机装配的柔性和敏捷性。从这一点出发，机电执行系统不应当是测量辅助装配系统的必要组成部分。诚然，飞机装配的自动化也是技术发展的必然要求，加上人工操作受到操作者的技术、经验和体力的限制，在实施测量辅助装配时，普遍使用机电执行系统来完成装配操作，但是确实存在人工完成最终装配操作的案例。

　　其次，虽然使用数字化测量设备是MAA的重要特征，但仅有数字化测量系统并不足以完成测量辅助装配系统的全部功能，这项技术的基本功能是实现装配现场零部件空间几何信息和设计数模的对比协调，测量系统只是获得几何信息的技术环节，关键的对比协调环节需要开发相应的软件完成。

　　综上所述，狭义的测量辅助装配系统应当由3部分构成：数字化测量定位系统、数模对比协调系统和反馈系统。其中，数字化测量定位系统由一种或多种数字化测量设备构成，用于提供零部件的空间几何信息；数模对比协调系统是一台或者多台存储有飞机设计数模的计算机，使用相应的应用软件，完成现场几何信息与数模的对比；反馈系统用于向装配执行者反馈对比结果，一般应当具有图形显示终端，将对比结果以图形化的方式显示出来。如果系统附带有机电执行机构，反馈系统应当能够根据对比结果计算相应的装配运动，并产生相应格式的信号驱动机电执行机构动作。考虑到某些飞机装配工作人工较难完成，广义的测量辅助装配系统还应当包括机电执行系统。

　　测量辅助零部件定位

　　使用工装夹具定位是传统飞机批量生产时常使用的定位方法，定位准确度高，能够保证各类结构件的装配准确度要求，缺点是需要大量专用的工装夹具，生产准备周期较长，测量辅助装配技术则为减少准备周期提供了可能的途径。

　　OMC（Optical Metrology Centre）项目是 JAM（Jigless Aerospace Manufacture）项目的一个子项，目的是在六自由度机器人平台上引入立体照相测量技术，以此验证在生产环境下的实时装配系统。经过和BAE Systems公司、Airbus公司、Bombardier Shorts Brothers公司、英国国家物理实验所的协作，项目于2001年10月结束，成功地开发了适于嵌入制造控制循环的立体照相测量系统，成功地将带有OMC立体照相测量技术的六自由度工业机器人用于装配和钻孔。

OMC系统使用KUKA工业机器人作为执行机构，但是标准工业机器人的刚度和定位精度不足以应对航空装配的需求，因而OMC项目使用2个或多个智能摄相机来确定零部件的位置，构成位置控制系统，引导机器人完成装配操作。照相测量系统采用执行终端（end-effector）布局，只测量执行终