基于某型機(jī)大部件數(shù)字化對(duì)接技術(shù)的研究及應(yīng)用

穆尚琦，付莉

（1.江西洪都商用飛機(jī)股份有限公司；2.江西洪都航空工業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330000）

傳統(tǒng)的飛機(jī)多應(yīng)用剛性的工裝實(shí)現(xiàn)大部件的對(duì)接，該方法通過(guò)工藝補(bǔ)償來(lái)協(xié)調(diào)，對(duì)接精度較低、易導(dǎo)致部件對(duì)接差，無(wú)法通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整部件位置來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量。

近年，隨著制造業(yè)平的提高，對(duì)飛機(jī)大部件對(duì)接技術(shù)有了高質(zhì)量、柔性、快速等方面的要求，各航空企業(yè)均在該方面開(kāi)展了相應(yīng)的應(yīng)用研究，并取得了較高成績(jī)。

本文以某型機(jī)機(jī)身上下半部及客艙地板的對(duì)接為對(duì)象，從部件對(duì)接系統(tǒng)初始位置的設(shè)定、測(cè)量環(huán)境的構(gòu)建、柔性機(jī)構(gòu)的調(diào)姿、部件位置的跟蹤測(cè)量、部件自動(dòng)對(duì)接等方面進(jìn)行研究，并對(duì)飛機(jī)大部件數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)的功能和組成進(jìn)行介紹。

1 部件數(shù)字化對(duì)接技術(shù)

某型機(jī)機(jī)身上下半部及客艙地板的對(duì)接控制系統(tǒng)主要由數(shù)控定位器、數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)和集成控制系統(tǒng)組成。

在此對(duì)接控制系統(tǒng)中，飛機(jī)部件不直接與數(shù)控定位器相連，這兩者均與托架相連；數(shù)控定位器由4根分散的立柱組成，通過(guò)每根立柱上的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)托架在X、Y、Z 3個(gè)坐標(biāo)系方向上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)部件的位置調(diào)整。調(diào)整時(shí)，部件狀態(tài)穩(wěn)定，快速靈活，且可以實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品的柔性定位。

數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)由能覆蓋整個(gè)測(cè)量場(chǎng)的數(shù)字化測(cè)量設(shè)備和軟件組成，如激光跟蹤儀、激光雷達(dá)等。

集成控制系統(tǒng)集成有數(shù)字化測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、定位器控制系統(tǒng)等。

2 數(shù)字化對(duì)接技術(shù)的應(yīng)用

某型機(jī)機(jī)身上、下半部及客艙地板，存在尺寸大、剛性不足、對(duì)接點(diǎn)較多等特點(diǎn)，為提高部件對(duì)接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)部件對(duì)接柔性、快速等方面的要求，采用數(shù)字化對(duì)接技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)身上、下半部及客艙地板的對(duì)接裝配。

2.1 部件對(duì)接工藝設(shè)計(jì)

某型機(jī)機(jī)身上、下半部及客艙地板對(duì)接時(shí)，先將客艙地板及其托架用數(shù)控定位器立柱上面4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行支撐，以廠房地面的地標(biāo)點(diǎn)作為對(duì)接裝配的基準(zhǔn)，通過(guò)激光跟蹤儀對(duì)客艙地板的托架上關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，數(shù)控定位器的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)托架在X、Y、Z 3個(gè)坐標(biāo)系方向上移動(dòng)，調(diào)整位置后固定。再以客艙地板作為基準(zhǔn)，將機(jī)身下半部及其托架用數(shù)控定位器立柱下面4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行支撐，通過(guò)激光跟蹤儀對(duì)機(jī)身下半部托架上的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)身下半部及客艙地板的裝配對(duì)接。

最后將客艙地板托架移除，仍以客艙地板作為基準(zhǔn)，將機(jī)身上半部及其托架用數(shù)控定位器立柱上面4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行支撐，通過(guò)激光跟蹤儀對(duì)機(jī)身上半部托架上的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并調(diào)整位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)身上半部與下半部、客艙地板的裝配對(duì)接。

2.2 對(duì)接系統(tǒng)初始位置的設(shè)定

某型機(jī)機(jī)身上、下半部及客艙地板對(duì)接前，需要對(duì)對(duì)接控制系統(tǒng)的初始位置進(jìn)行設(shè)定：將廠房地面的地標(biāo)點(diǎn)設(shè)為全機(jī)坐標(biāo)系，通過(guò)測(cè)量地標(biāo)點(diǎn)建立對(duì)接控制系統(tǒng)初始位置，作為對(duì)接裝配的基準(zhǔn)；通過(guò)測(cè)量各組件托架上關(guān)鍵點(diǎn)，調(diào)整數(shù)控定位器上的伺服電機(jī)，驅(qū)動(dòng)托架在X、Y、Z 3個(gè)坐標(biāo)系方向上移動(dòng)，調(diào)整各托架位置。數(shù)控定位器和機(jī)體組件之間非直接接觸，是通過(guò)托架進(jìn)行連接，托架在全機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)與機(jī)體各組件關(guān)聯(lián)，成一連體，托架位置即組件位置。整個(gè)部件在對(duì)接過(guò)程中的定位精度由數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)控定位器的精度保證。

2.3 測(cè)量環(huán)境的構(gòu)建

某型機(jī)機(jī)身上、下半部及客艙地板的對(duì)接測(cè)量，有測(cè)量空間廣、對(duì)象尺寸大、精度要求高和難度大等特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對(duì)接，需先做好測(cè)量環(huán)境的構(gòu)建，這樣能順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接控制系統(tǒng)數(shù)字化測(cè)量的數(shù)據(jù)采集和傳遞，提高測(cè)量系統(tǒng)的精度，實(shí)現(xiàn)大部件的對(duì)接。

因此，在某型機(jī)機(jī)身上、下半部及客艙地板對(duì)接前，需先將廠房地面的地標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)系與全機(jī)坐標(biāo)系擬合，作為大部件對(duì)接裝配的基準(zhǔn)；收集各大部件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置關(guān)系，整個(gè)對(duì)接過(guò)程都在地面的地標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)系下完成。

2.4 柔性機(jī)構(gòu)的調(diào)姿

飛機(jī)大部件對(duì)接過(guò)程前，采用激光測(cè)量系統(tǒng)對(duì)部件托架關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)部件對(duì)接面的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量；在對(duì)接控制系統(tǒng)中根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)建出對(duì)接部件和托架的實(shí)際位置，分析、模擬部件和部件、托架和托架對(duì)接的最優(yōu)路徑，設(shè)定數(shù)控定位器立柱上支撐點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)托架和部件在X、Y、Z 3個(gè)坐標(biāo)系方向，以及α、β、γ角的移動(dòng)和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)部件的對(duì)接。

2.5 部件位置的跟蹤測(cè)量

因整個(gè)大部件對(duì)接過(guò)程中的定位精度由數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)控定位器的精度保證，即大部件對(duì)接控制系統(tǒng)在部件對(duì)接過(guò)程中存在對(duì)接誤差，因此在大部件對(duì)接過(guò)程中，須借用激光測(cè)量系統(tǒng)對(duì)部件托架的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)部件位置的實(shí)時(shí)跟蹤。

大部件對(duì)接誤差主要包括制造誤差、對(duì)接坐標(biāo)系的誤差以及激光測(cè)量系統(tǒng)的自身測(cè)量誤差等。對(duì)接坐標(biāo)系的誤差是坐標(biāo)系構(gòu)建過(guò)程中地標(biāo)點(diǎn)的安裝誤差，可由激光測(cè)量系統(tǒng)自校正進(jìn)行修正；激光測(cè)量系統(tǒng)的自身測(cè)量誤差，由制造商在理想的環(huán)境下測(cè)試后提供。

2.6 部件自動(dòng)對(duì)接

整個(gè)某型機(jī)機(jī)身上、下半部及客艙地板的對(duì)接過(guò)程如下：

（1）客艙地板與托架關(guān)聯(lián)，由數(shù)控定位器立柱上面4個(gè)點(diǎn)支撐；

（2）測(cè)量客艙地板托架關(guān)鍵點(diǎn)，調(diào)整客艙地板與托架的位置；

（3） 機(jī)身下半部與托架關(guān)聯(lián)，由數(shù)控定位器立柱下面4個(gè)點(diǎn)支撐；

（4）依客艙地板的位置為基準(zhǔn)，測(cè)量機(jī)身下半部托架關(guān)鍵點(diǎn)，調(diào)整機(jī)身下半部與托架的位置；

（5）機(jī)身下半部與客艙地板關(guān)聯(lián)，并移除客艙地板托架；

（6） 機(jī)身上半部與托架關(guān)聯(lián)，由數(shù)控定位器立柱上面4個(gè)點(diǎn)支撐；

（7）依客艙地板的位置為基準(zhǔn)，測(cè)量機(jī)身上半部托架關(guān)鍵點(diǎn)，調(diào)整機(jī)身上半部與托架的位置；

（8）機(jī)身上半部與客艙地板、機(jī)身下半部關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)大部件最終對(duì)接。

其中，坐標(biāo)系的構(gòu)建和關(guān)鍵點(diǎn)的測(cè)量對(duì)整個(gè)對(duì)接工作的準(zhǔn)確開(kāi)展起著關(guān)鍵作用。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某型機(jī)大部件對(duì)接過(guò)程中關(guān)鍵技術(shù)的分析，闡述了其在部件對(duì)接過(guò)程中的數(shù)字化應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明：采用大部件數(shù)字化對(duì)接技術(shù)，可有效提高部件對(duì)接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)部件對(duì)接柔性、快速等方面的要求。