王志岩

摘要：随着科学技术水平的不断提高，数字化测量技术已成为现代飞机数字化装配技术的重要组成部分， 是实现现代飞机制造全数字量传递的重要保证之一。本文主要对测量辅助飞机装配技术进行了分析和探讨。

关键词：飞机；测量辅助；数字化；装配

中图分类号：V271文献标识码： A

前言： 近10余年来，国外飞机装配技术发展迅速，以B777, A340, A380,F-22, F-35等为代表的新型军、民机集中反映了国外飞机制造技术的现状和发展趋势，在装配技术上基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系，实施数字化尺寸工程技术，通过装配仿真实现装配过程优化，应用柔性模块化的工装技术、加工和检测单元并集成应用为一系列的自动化装配系统进行机体结构的自动化装配，大量采用了长寿命连接技术，实现了长寿命飞机结构的高质量、高效率装配。而在国内，我国飞机装配技术也取得了非常迅速的发展，并且取得了非常显著的成绩。

一、国内自动化装配技术在组件、部件、总装中应用现状

近几年，我国航空企业结合新机研制需求开展了壁板自动钻铆技术、部件数字化检测技术、大部件装配等关键技术及装备的研究和应用，在部件自动化装配方面开展了有益的尝试和试验。

在国内民用航空制造领域，上飞公司通过与国外先进制造企业合作，开始C919飞机部件数字化装配生产线的设计和建设。而在某型运输机的研制方面，通过厂、所、高校等多家合作，成功研制了数字化装配系统应用于前机身、中机身、后机身、平垂尾等部件的装配，已初步探索出一个飞机部件自动化装配模式。由此可见，国内航空企业飞机部件自动化装配技术已有了巨大飞跃。国内目前在新型号飞机牵引下对飞机总装配的自动化装配技术，如大部件对接、全机检测技术等关键技术进行了攻关，应用了柔性定位器、激光跟踪仪、自动钻孔设备、车间内地面运输车、空中吊装运输系统等设备。

通过对国内外自动化装配技术应用现状对比和分析，我国飞机自动化装配技术的应用面已经从组件装配拓宽到复杂的部件装配以及大部件对接过程中，并对飞机自动化总装配中部分关键技术进行了攻关，但亟待在自动化总装配生产线方面实现整体突破，打造一个完整的飞机自动化装配线。

二、数字化测量技术

数字化测量技术已成为现代飞机数字化装配技术的重要组成部分，是实现现代飞机制造全数字量传递的重要保证之一。数字化测量设备能够对待测对象实施快速、精确、自动化的测量，获取其准确的空间形状或位姿信息，并能够对测量结果进行分析评估。在飞机装配领域，相对于传统测量设备，数字化测量设备的主要优点包括：

（1）测量范围大、精度高；

（2）测量过程可通过编程控制；

（3）测量数据数字化，可读性好；

（4）测量数据具有良好共享性。

目前，飞机部件装配中常用的先进数字化测量设备主要有激光枪、激光跟踪仪、激光雷达、整体油箱快速检漏设备、iGPS等设备。

1、激光枪

在飞机装配中，需要对大量铆钉的凹凸量及蒙皮对缝间隙进行精确检测，而传统方法壁板间隙和铆钉平面差是否合格基本按经验判断，用肉眼观看、人工触摸及使用千分垫测量等方法。这种方法既不准确，效率也低，不能适应现代飞机的高精度要求。在飞机机翼上应用激光枪检测铆钉平面差及壁板间隙。激光枪采用先进线形激光扫描，快速截面轮廓实时分析尺寸，结合实时软件分析功能。准确测量间隙、段差（平面差）、角度、半径等多个组装尺寸，测量范围较小时，测量误差小于0.1mm。同时还有非接触测量、设计6~8h连续操作、触摸屏操作、数据追溯及处理、自动化数据报告等优点。具体测量方法是在GapGun手柄菜单选择“TOOLKITS”，进入“GapFlush”菜单下测量间隙面差，选择“PanelGF”菜单，扣动扳机，控制角度和距离，对被测位点轮廓照相采集完成，软件便会分析处理出数据，并且显示于触屏上。测量结果会直观地显示出间隙及平面差的数值，操作简单方便，效率较高。激光枪的应用改变了传统的检测方法，由定性转变为定量，可以直观的检测出间隙及段差的具体数值。

2、激光跟踪仪

飞机对合过程较复杂，传统方法是在型架上完成，先将前、中、后机身的若干销子插好，此时仅有少许余量，安装过渡段的梁及其他零件，通过经验人工调整托架，将所有零件安装到位后，即完成对合状态。这种方法对工人要求较高，需要有丰富的经验，调整时人为因素干预太多，同时可能会产生应力。

目前，飞机对合采用大部件数字化对接装配系统，利用若干个激光跟踪仪对部件的姿态进行跟踪测量，确保自动化对接的高准确度，并通过对接后的全机测量评价装配质量。激光跟踪仪测量速度快、精度高、测量范围大，是许多大型精密测量工程的首选。使用数字化对合以及精加工系统后，将激光跟踪仪放置在飞机的两侧，地面有若干地标点（理论值已知），转站（坐标系转换）后分别测量前、中、后机身的靶标点、交点孔及工艺孔，得到飞机各段的姿态。平台移动模块根据对接部件的位姿信息，驱动平台和POGO柱运动。首先，前机身与中机身对接，驱动前机身工装平台运动到指定位置实现对合，接着，后机身再与前中机身对合，驱动后机身工装平台移动到指定位置。对合时部件对接运动方向垂直于对接面，从而实现大部件间无干涉对接装配。对合精加工后，使用激光跟踪仪搭配T-Probe完成水平测量点的打制工作。激光跟踪仪不仅可在飞机对合阶段使用，在部件装配过程中，作为检测工具，完成测量装配型架或零件的误差、协助解决装配过程中的问题等工作。例如：某飞机中机身腹板接头、主起落架护板接头在安装过程中发现无法安装，初步认为是工人制孔及安装问题。使用激光跟踪仪对零件及型架分别进行测量，发现零件的尺寸有偏差，但是均符合公差要求，而型架各护板尺寸有问题，偏差较大导致零件无法安装。之后对型架进行返修后完成装配。通过该例就很明显会发现使用数字化测量设备的优点是能够极快地发现并解决问题，同时通过数据避免了扯皮等现象的发生。

3、激光雷达

激光雷达是一种球坐标系的测量系统，具有对半径达到60m的大体积目标进行自动化、非接触的测量能力，是新一代的测量装置。测量大尺寸几何外形不需要照相测量的圆形靶点贴片，也不需要激光跟踪仪安装的猫眼反射镜或探头。在质量控制领域，激光雷达可用于部件检查、进货过程和最终质量保证。

激光雷达与激光跟踪仪应用基本相似，但可以完成一些激光跟踪仪无法完成的工作，例如对无法安装靶标座位置的测量工作及对曲面的扫描（激光跟踪仪没有T-Scan配件）。目前在飞机装配中已应用的例子包括：某飞机机翼水平测量点的检测、机翼外形的检测、机器人喷涂对整机外形的测量、全机水平测量等。

（1）机翼水平测量点打制

飞机的水平测量点是进行飞机的校平、机翼的校装及测试飞行前后飞机外形材料的变化情况等的重要依据。传统的水平测量点打制都是在型架上使用打点器进行打制的。具体方法是将机翼固定在型架上，将打点器工装安装好，打制成功后直接读取刻度，减去外缘误差，即为水平测量点的数据。但是这种方法效率低，打点器工装的安装和拆卸都会占用时间，另外打制时读取刻度存在误差。针对生产中的这种情况，我们采用数字化检测设备对机翼的水平测量点进行打制，避免订制工装，将极大的减少生产准备时间。根据所需测量的水平测量点的位置分布特点，制定出测量计划，由于被测物体确定且所选定的测量点固定，本测量计划确定后可重复使用。

坐标系的建立是采用型架上的基准点来确定的。将型架上事先打制好的基准点的测量数据与理论数据进行转站，建立的坐标系即为飞机坐标系。

具体测量方法为：先将水平测量点理论数据输入/导入SA软件，再通过测量型架上的基准点与理论点转站，使坐标系转化为飞机坐标系。通过指光功能，将水平测量点的位置指出，由工人打制。再重新将水平测量点的值与理论值进行对比，得出水平测量点外形高差结果，生成报告。为了减少转站次数，提高测量的精度和测量效率，激光雷达测量系统放置于能一次测量到转站点和水平测量点的位置。

（2）机翼外形检测

机翼的外形检测主要是订制专用的工装：外形检查卡板。这种卡板不但笨重，而且精确度较差，它只能测出机翼外表面的形状是否满足设计要求，无法测量机翼外表面位置是否处在数模所规定正确的位置上。并且这种卡板往往只能适应特定的机型。飞机产品的外形或结构发生改变时，必须重新订制大量的专用工装以及与之配套的样板、样件等，这都增加了生产成本，延长了生产准备周期。

目前使用激光雷达对机翼外形进行检测。检测方法与水平测量点打制方法大致相同。通过测量型架上的基准点与理论点转站，使坐标系转化为飞机坐标系，扫描机翼外形。在CATIA中将扫描得到的点云与数模比对，得到所需要的数据。

4、整体油箱快速检漏设备

飞机整体油箱传统的检漏方法采用气密试验和油密试验。气密试验用于检测整体油箱的整体泄露情况，传统方法存在无法定量、检测精度低、检测结果受人员因素影响大等问题；油密实验用于查找单点漏源位置，同样存在无法定量、易燃、污染严重、劳动强度大、成本高等问题。

整体油箱快速检漏设备，是针对飞机整体油箱的泄露检测需要而专门研制的泄漏检测设备。该设备通过差压检漏技术队飞机整体油箱的总漏率进行检测，通过氦质谱检漏技术队飞机整体油箱的单点漏源进行查找、对单点漏源漏率进行检测。

使用整体油箱快速检漏设备后，克服了传统检漏方法的不足，检测精度高、效率高、安全可靠，提高了整体油箱的泄漏检测水平。

三、结语

数字化测量技术的应用不仅限于目前国内逐步开始实施的大型数字化项目，在部件装配的每一个环节都可以使用，深入到技术、生产、质保体系中，来监控和保证各个环节的精度。使用数字化测量技术，不仅保证了飞机装配准确度、提高了生产效率，同时实现了飞机产品从零件设计到装配过程的全数字量传递。

参考文献：

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[2]邹冀华,周万勇,邹方.数字化测量系统在大部段对接装配中的应用[J].航空制造技术,2010,23:52-55.

[3]周养萍,亓江文.飞机部件数字化装配技术研究现状与思考[J].机械制造,2013,08:38-41