飞机的测量辅助装配技术

法来协调装配。

　　图2显示了自动扫描蒙皮和肋板配合面的过程和设备布局，在工装夹具和零件上设计有参考结构，用于确定2个零件的配合面。通过三维数字化测量设备，获得关于配合面的形状信息，判断在配合面上存在间隙或者是干涉。如果存在间隙，系统会驱动自动化设备制造合适的垫片；如果存在干涉，系统会根据获得的干涉量和肋板根部的初始位置，生成一个迭代模型，并计算每一步的修整深度，修整的切削工作由工业机器人完成。

测量辅助部段对接

　　飞机装配可以分为组合件装配、部件装配和部段（大部件）对接3类。对接在本质上也是一种装配定位，但是对于尺寸较大的飞机部段而言，其定位、调整和连接都是非常困难的。因而，需要在飞机数字化装配中给以特别的关注。

　　由于飞机大部件的重量和体积都比较大，因而在应用MAA技术时，必须使用机电执行系统（定位器），构成数字化对接系统。目前，数字化对接系统主要有分布式和整体托架式2种类型［9］。

　　在分布式的对接系统中定位器采用分布式布局，每台定位器与机体部件单独相连，由伺服电机驱动在X、Y、Z 三个方向上移动。如前文所述的牛鎏等［6］公布的MAA系统就具备升级为大部件对接系统的潜力。

　　在整体托架式对接系统中，定位器与部件托架相连，通过驱动托架对机体部件进行位姿调整。

　　在测量设备的选择上，除了采用激光跟踪仪外［10-11］，iGPS是一项更值得关注的技术，与激光跟踪仪相比，iGPS在使用中没有掉光问题，也不需要转站，系统一次标定后，就可以无限次使用，而且一套iGPS系统能够满足多用户同时使用的要求，这对于同时有多架飞机进行装配的生产线尤为重要。

　　由于iGPS的上述优势，波音公司从1998年开始研究iGPS测量技术，并已应用于从波音747到F/A-18飞机整机的装配线中［9］。

　　关键技术与系统开发

　　总结上述实例，数字化测量设备、机电执行系统都有通用设备，因而，MAA系统开发的关键在于各种集成软件的开发，包括实时控制和通信、基于设计数模的比对软件和最佳配合位置计算软件。

　　需要注意到测量、数模设计软件和机电执行系统是来自不同企业的产品，数据格式各不相同，必须进行格式转换。在数模对比一环，在飞机制造业通用的数字化协同平台是CATIA，它具有专用的数据格式，给对比程序从数模中获取几何信息带来了不便，通常的做法是将格式转换成Step（Standard for the Exchange of Product）格式，因为CATIA兼容这种格式，在转换时不会损失精度，这对于要考虑配合面几何形状的测量辅助补偿尤为重要。

　　对于测量设备的选型，关键是在进行需求分析时，判断MAA系统需要实现零部件空间位置判断和零部件配合面几何测量2种功能的1项或者2项。

　　激光跟踪仪是点位测量仪器，需目标物的配合，因而常用于跟踪目标点的位置；激光雷达则可以实现直接的几何量测量，不需目标物的配合，可以实现激光跟踪仪的功能，而且具有扫描零件几何轮廓的功能，但激光雷达的价格远高于激光跟踪仪。如果只是用于跟踪特定的目标点以判断零部件的空间位置，激光跟踪仪的综合效果无疑要好于激光雷达。

　　在需要系统完成补偿或者最佳配合的时候必需对配合面进行测量，在这种情况下照相测量设备具有最快的测量速度，其次是激光扫描仪，激光雷达因为是逐点扫描，它对于零件表面没有特别的要求，前2种设备在零件表面反光率很高的情况下不易获得较好的测量效果，比如装配镜面蒙皮。在获取大量数据的同时，比对软件系统要求很高的处理能力，而且通过点云数据判断零部件的空间位置和姿态是很不经济的，在这种情况下使用靶标是明智的选择。

　　在大部件对接当中，iGPS具有很大的优势，如果它的接收器可以做到靶标大小，那么在零部件定位中也有应用的可能。

　　结束语

　　目前，在国内飞机制造中，对于三维数字化检测设备的使用方式集中于零件制造精度检验和工装型架的安装检验，对于数字化装配系统的认识也集中于大部件的对接。采用测量辅助装配系统，不仅可以在从组合件装配、部件装配和部段（大部件）对接总装配的飞机装配全过程中提高效率和质量，更可以实现与上游飞机数字化设计，计算机集成制造系统的对接，提升我国航空制造业的技术水平。