韩炜

摘 要：三维激光投影定位技术已在船舶重工、汽车、高铁和科研等领域被广泛使用，在国内航空制造领域的应用主要局限于复材铺层定位。本文提出了一种新型飞机装配定位技术，利用激光投影原理完成零件、紧固件孔位定位，是一种面向基于MBD技术的数字化装配工艺方法。

关键词：三维激光投影；飞机装配；柔性；装配定位

中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）23-0083-02

随着我国航空制造技术的不断進步，对飞机装配的成本和效率提出了更高的要求。传统的装配工装、制孔样板等装配定位方法虽能满足装配要求，但由于飞机研制初期设计频繁更改，导致大量工装不得不进行更改甚至报废新制，制造成本居高不下；对于连接关系复杂、不便直接取制导孔的零件，传统上采用画线制孔或样板制孔，其制孔效率低、精度差，且一旦产品设计发生更改，相应的钻孔样板就需要重制，导致重复投入成本较高；同时，在装配工作中，工装及零件制造问题难以及时发现，装配出现问题才会去复查工装及零件，产品质量问题很难预判。

近年来三维激光投影技术不断深入开发，为发展新的飞机装配定位工艺提供了一种全新的手段，可以在一定范围内解决传统装配定位方法成本高、适应性差的问题。

1 三维激光投影定位技术

三维激光投影是通过旋转振镜等设备将激光束以高速扫描的形式投影到工作区域中的曲面上，由于激光束扫描移动的速率高于人眼识别的速率，人眼察觉不到激光点移动的变化，这样可以利用人眼视觉暂留效应，在待投影曲面上观测到激光形成的完整的画面，并且承接投影的可以是任意形状的曲面[1]。利用三维激光投影技术，依据飞机CATIA数模以激光线条的形式将三维轮廓线投影到安装位置，操作人员只需将该零部件实物的每条边与所投影的激光轮廓线重合，就可以实现在空间6个自由度的精确定位，当前，设备投影精度普遍可以达到±0.005in（0.13mm）。

2 技术方案

基于三维激光投影的飞机装配定位技术，是将投影设备接入飞机产品（组件、部件等）坐标系，将产品数模输入到投影设备的控制计算机中，然后把需要安装的零件、标准件以激光线条的形式投影在理论安装位置，指导操作人员对照激光线条去安装零件、制出紧固件孔，或者利用激光线条对已安装零件进行装配质量检查，从而完成零件安装或安装质量检查。

2.1 设备连接

根据要投影的位置，检查好激光通路不被遮挡，距离投影位置4m（根据设备性能会有不同）安放投影设备。将投影设备接电，与控制计算机用数据线连接。将产品数模载入控制计算机。投影设备连接如图1所示。

2.2 激光投影柔性定位系统的建立

将靶标球（至少6个）按照最大包络原则均布在产品周围，可以选择工装上的OTP、ERS点，也可选用产品上精确制出的孔来安装。然后使用控制计算机的软件，输入6个安装点的理论坐标，控制设备依次扫描靶点后完成坐标系的建立。这时，投影设备就接入了飞机产品坐标系。激光投影柔性定位系统见图2所示。

2.3 投影定位

（1）在零件投影定位方面，把零件数模输入控制计算机，投影设备以激光线条的形式将零件的三维轮廓线投影到安装位置，操作人员再将该零件实物的每条边与所投影的激光轮廓线重合，就可以实现在空间6个自由度的准确定位。（2）在紧固件孔位投影方面，把包含紧固件连接位置的数模输入控制计算机，投影设备将紧固件孔位以十字线等形式的图案投影在零件上，操作人员根据投影进行制孔操作。（3）在装配检查方面，将要检查的零组件数模输入控制计算机，设置好装配公差，就可以将零组件的理论安装极限位置投影在飞机产品上，检查零组件实物边缘与投影线的位置关系即可判断是否超差。

实际应用情况图3所示。

3 应用效果

三维激光投影定位技术使“虚拟定位器”成为可能，定位方式不依赖于传统硬式定位器，可以灵活应对工程设计的变更，彰显“柔性”特质。该技术应用于飞机装配，有以下几方面有益效果：

（1）在一定范围内可代替传统工装定位器，避免因设计更改导致的工装更改，降低飞机制造成本。适用的零件主要是结构小、刚性好的系统支架、连接角片、接头类零件；紧固件孔限于夹层厚度不大（推荐≤5mm）时直接指导操作者制孔。作为一种柔性的定位方式，在产品零件、连接排布发生变更时，只需要将最新数模载入控制计算机重新投影即可。避免了传统定位技术中，对零件定位器进行实物更改，或报废旧的制孔样板按照新的连接形式制作新样板。本技术可以大幅度缩短生产线贯彻设计更改的周期，显著降低飞机制造成本。

（2）提高装配效率。利用激光进行投影定位，可以避免传统画线定位时操作者往复查看数模、量取并记录尺寸，再在飞机上进行画线的冗长操作过程，有效提高装配效率。根据研究试验，系统支架、角片类零件定位效率可提高60%以上。

（3）提高定位精度。系统支架、连接角片等零件传统上采用画线方式来定位，紧固件孔位采用画线确定，采用本技术定位方式，研究试验结果显示，定位精度由±2mm提高到误差±0.5mm以内。

（4）减少质量问题。利用激光投影技术代替画线定位，可以避免操作者发生画线错误所导致的产品质量问题。在重点关注区域利用激光投影进行装配检查，可以预先避免质量问题发生，例如在制孔前对搭接区域进行孔边距检查，如果发现孔边距有问题，可以及时调整紧固件排布，避免制孔后造成产品报废。

4 结语

与传统定位方法不同，三维激光投影定位作为一项新兴的装配技术，具有柔性、精确、快速、精益等特点，具有提升效率、防差错和降低制造成本等效果，拥有良好的经济性，一次性投入成本不高。借鉴波音、空客等先进航空制造企业经验，三维激光投影定位技术作为一种基于MBD技术的新式装配定位技术，具备广阔的推广空间和极强的应用价值。

参考文献

[1]孙佳慧.数字化定位激光3D投影技术研究[D].吉林：长春理工大学，2013.