激光投影定位技術在飛機裝配中的應用分析

高峰

【摘 要】隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、中國制造2025等戰(zhàn)略的實施，制造業(yè)發(fā)展方向以全球化、專業(yè)性、服務性為特征，面對產(chǎn)品制造周期長、頻繁變化的工作對象，需要人工參與小批量定制化裝配生產(chǎn)。智能激光3D投影技術可以用于引導部件精密定位，測量數(shù)據(jù)誤差可視化。激光投影技術廣泛應用于飛機整機噴涂等，有效提升復材零件鋪層效率。激光投影可實現(xiàn)飛機部件裝配小型連接件快速精確定位，選取長桁等裝配精度高的零件外形為基準建立飛機內部相對坐標系，實現(xiàn)小型連接件數(shù)字化定位，為飛機部件智能化裝配提供技術支持。

【關鍵詞】激光投影;定位;飛機裝配

近年來制造業(yè)向信息化方向發(fā)展，制造技術以自動智能化、高附加值化方向穩(wěn)步提升，制造業(yè)中裝配定位技術經(jīng)歷從人工定位裝配向自動化定位裝配過渡，發(fā)達國家形成數(shù)字化裝配技術為主的定位技術方式，但在復雜產(chǎn)品定位裝配中面臨安裝工序復雜等問題。為提高生產(chǎn)柔韌性，需要引入專業(yè)技術人員參與產(chǎn)品制造中。隨著MBD技術在航空制造業(yè)中的深入應用，飛機部件裝配技術向柔性化方向發(fā)展，針對飛機裝配定位數(shù)字化設備在國內主機場得到廣泛應用，但無法針對機身內部安裝小型零件等定位。小型連接件數(shù)量龐大，其定位儀裝配夾具、人工劃線等傳統(tǒng)模擬量定方式為主，易發(fā)生人為原因質量問題。激光投影實現(xiàn)小型連接件數(shù)字化定位，實現(xiàn)數(shù)字化裝配。可快速對激光投影內容調整，實現(xiàn)柔性化裝配。

1.智能激光3D投影定位原理模型

飛機生產(chǎn)制造包括零件加工等環(huán)節(jié)。裝配是將大量飛機零件按順序組合。由于飛機產(chǎn)品尺寸較大，連接件數(shù)量多，飛機裝配是復雜的工程，提升飛機裝配技術水平有利于提升飛機制造質量。測量設備難以適用于飛機裝配現(xiàn)場。

智能激光3D投影系統(tǒng)任務是激光器射出可見激光束，在待投影部件表面形成光點，雙振鏡往復偏轉達到一定頻率，光點在投影曲面運動軌跡形成待定位投影圖形。指引操作人員將零部件裝配至投影曲面正確位置【1】。激光投影系統(tǒng)移動時，投影圖可投影定位至被投影部件準確位置，確保指引系統(tǒng)裝配準確性。激光3D投影技術是具有實時性的組合系統(tǒng)技術，實現(xiàn)移動式激光3D投影系統(tǒng)位置實時補償，系統(tǒng)工作前需制作投影文件。激光接收器收到激光信號解算當前位置坐標，控制系統(tǒng)可處理投影系統(tǒng)位姿。

激光接收器與投影承坐標系標定后形成整體，投影系統(tǒng)移動時，激光發(fā)射器發(fā)出紅外信號捕捉激光接收器位置，實現(xiàn)激光光線投射至準確位置。智能激光3D投影系統(tǒng)標定是解算投影坐標系，激光光源出射激光光束后射向目標反射頭，記錄所在轉軸旋轉角度。通過控制轉軸旋轉角度改變激光傳播方向，目標反射頭將激光線按原光路逆向反射至投影系統(tǒng)，控制處理系統(tǒng)解算反射目標頭圓心水平角，將多個目標反射頭所在三維坐標制作為標定文件，按照目標反射頭定義順序，通過XY檢流計控制振鏡轉角，解算各目標反射頭圓心空間坐標值，確定投影坐標系空間位置參數(shù)，利用投影架標定坐標表示投影坐標系。

2.激光投影定位技術應用方法

激光投影設備監(jiān)理坐標系選取基準面特征，建立基于基準點的相對坐標。零件定位是將零件外形特征輪廓線投影至產(chǎn)品表面，使用弓形夾將零件夾緊【2】。激光投影設備輸出是發(fā)射綠色激光束，通過光學振鏡控制光束發(fā)射值三維空間指定點。裝配工藝員規(guī)劃待投影部位，在專用軟件中定義基準點，定義零件輸出方式。

現(xiàn)場操作將激光投影設備架設至待投影部位前方，按定義基準面在產(chǎn)品對應位置暗轉A固靶標座，靶標紙可通過臨時膠結等方方式與產(chǎn)品快速固定?？刂萍す馔队霸O備，捕捉產(chǎn)品基準點，經(jīng)最佳擬合建立基準面坐標系。依次將待投影零件外形特征以綠色激光線方式投影至零件表面。待定零件擺放調整至外形與激光線條重合。激光投影設備使用方法靈活，可適應不同形狀?？梢暂敵鳇c位十字線，簡單數(shù)字子母【3】。激光投影設備可適應制孔，系統(tǒng)管路及支架安裝等飛機部件常用操作，有效拓展飛機部裝數(shù)字化。

3.飛機裝配中激光投影裝配技術的應用

三維激光投影通過將激光束投影到工作區(qū)域曲面，待投影曲面觀測激光形成完整畫面。研究飛機典型壁板試件進行緊固件投影制孔等方面實驗。設計制造專用試件，主要有蒙皮、長桁接頭等。設計制造試件裝配型架。設計制造專用試驗件，主要零件有長桁接頭、壁板接頭等，試驗件包含零件連接的緊固件。

三維激光投影定位儀具有基準自動識別功能。在裝配型架對梁肋對蒙皮搭接外邊緣等進行投影，通過設備完成零件投影定位，使用激光跟蹤儀進行精度驗證。通過設備完成零件定位，選取梁、肋進行零件定位精度實驗，利用激光跟蹤儀測量定位后空間航向數(shù)據(jù)。選取長桁、翼緣進行零件定位精度驗證試驗，使用激光跟蹤儀檢查長桁端頭位置，測量定位后空間航向數(shù)據(jù)，零件投影定位平均誤差為0.314mm，滿足產(chǎn)品設計±1mm的定位要求。使用設備在試驗件上投影處緊固件孔中心位置，隨機選取孔位進行檢測，利用激光投影儀緊固件孔定位，最大誤差0.866mm，孔位精度高于傳統(tǒng)手工劃線確定孔位。

長桁用激光投影定位操作效率較低，加強筋類結構件用激光投影定位相對效率提高。系統(tǒng)支架用激光投影進行定位效率較高。使用設備在試件上投影處緊固件中心位置，利用激光投影定位儀進行緊固件孔定位，帶板類零件緊固件較多，利用激光投影制孔效率提高。利用激光投影定位可快速進行區(qū)域質量檢查。實際應用中存在投影適應性有限，裝配振動影響投影效果等問題?，F(xiàn)場使用在800*800mm內可投影3個間距不小于300mm的零件，要合理規(guī)劃工藝流程;激光投影要求光線傳輸路徑不能有遮擋，初期對裝配效率提升有限。要求現(xiàn)場調整解決。

結語

激光投影定位是新興的裝配技術，使得虛擬定位器成為現(xiàn)實。目前激光投影技術在航天等領域得到廣泛應用，其技術原理與智能化裝配發(fā)展方向重合，滿足緊固件孔位定位精度，相比物理手段可快速實現(xiàn)設計變更。激光定位方法穩(wěn)定可靠，具有降低制造成本等效果。激光投影定位裝配工藝方法具有廣闊推廣空間。

參考文獻：

[1]韓煒.激光投影定位技術在飛機裝配中的應用研究[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（08）：142-143.

[2]林海峰.基于激光投影的飛機裝配定位技術應用[J].科學技術創(chuàng)新，2018（34）：33-34.

[3]郭麗麗. 智能激光3D投影系統(tǒng)及空間定位精度標定技術研究[D].長春理工大學，2018.

（作者單位：中航西安飛機工業(yè)集團股份有限公司）