數字化組合測量輔助飛機裝配質量檢測技術

張浩

【摘 要】數字化組合測量方法，在大型飛機壁板類組件裝配質量檢測過程中的應用比較廣泛。其能夠有效解決信息采集問題，將激光跟蹤儀與關節臂測量儀進行結合，從而實現數字化復合測量，有效提高測量效率?；诖?，論文研究了大型壁板類組件復合測量技術，在此基礎上，論述了測量工具集軟件實現的具體內容，并對實驗結果進行分析。

【Abstract】 Digital combination measurement method is widely used in the assembly quality inspection process of large aircraft panel components， which can effectively solve the problem of information gathering， and combined the laser tracker and articulated arm measuring instrument to realize the digital composite measurement， so as to effectively improve the measurement efficiency. Based on this， this paper studies the composite measurement technology of large panel components. On this basis， the specific contents of the software implementation of the measurement tool set are discussed， and the experimental results are analyzed.

【關鍵詞】數字化；組合測量；飛機裝配；質量檢測

【Keywords】digitization； combined measurement； aircraft assembly； quality inspection

【中圖分類號】TH17 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0176-02

1 引言

大型板壁類組件主要在飛機外形結構中使用，大型飛機蒙皮壁板，具有結構復雜、剛性強度要求高等特點，需要嚴格控制制造過程的工藝，確保零件的外形尺寸精度，同時滿足相關技術標準的要求。飛機裝配質量檢測技術，已經由傳統的模擬量測量法，轉變為數字化組合測量法。其主要是利用激光跟蹤儀與關節臂測量儀的優點，對測量對象進行掃描，從而實現數據信息收集以及質量檢測評估。論文對兩種數字化組合測量方式進行研究，通過飛機水平尾翼實驗驗證組合測量方法的有效性。

2 大型壁板類組件數字化組合測量技術

根據相關調查可知，大型飛機壁板類組件多是采用自由曲面，并且長度均大于3cm。采用數字化組合測量方法，主要是利用關節臂測量儀與激光跟蹤儀進行組合測量。其中關節臂測量儀可以進行無限旋轉，數據采集比較靈活，能夠提高數據采集的效率。但是其掃描范圍具有一定的局限性，需要將壁板劃分區域，再依次測量區域的外形點云，最后通過有效拼接，得到壁板的整體點云數據。激光跟蹤儀，主要是測量拼接過程的公共點[1]。拼接的公共點屬于板壁零件的骨架，直接影響壁板類組件點云拼接的精準度。數據采集完成之后，利用數字化復合工具集進行測量，得出完整的外形數據，再通過工具對測量結果進行具體分析。

2.1 數字化組合測量平臺的構建

數字化組合測量平臺，主要是由測量設備、計算機控制平臺、數據處理系統等構成。其中測量設備主要的功能是進行數據采集；計算機控制平臺，主要是發布命令，對信息數據進行處理；數據處理系統，主要作用是對測量設備采集的信息進行加工。測量設備是進行大型壁板類組件數字化測量的核心，激光跟蹤儀工控機屬于激光跟蹤儀的控制中心，主要的功能是傳遞信息、傳達指令等。工控機通過電纜與激光跟蹤儀進行連接，另一端連接電路，為通信傳輸電路供電。關節臂測量儀主要是對壁板類組件進行掃描，通過USB接口或網絡，將采集的數據傳遞給工控機。計算機控制平臺主要是通過點對點的方式與測量設備進行連接，控制平臺在接收到數據之后會進行處理，主要是利用安裝在控制平臺上的數據處理軟件，最終得出精確的結論。

2.2 組合測量方案

組合測量方案，需要布置公共基準點在移動測量平臺上面，并且確保布置的公共基準點超過3個以上。測量開始之前，需要參考零件的外部形狀，將板壁件進行區域劃分。根據劃分的掃描區域去確定移動測量平臺的位置，通過激光跟蹤儀去測控各個公共基準點坐標。通過關節臂測量儀，去掃描各個區域公共基準點的靶球，從而得到飛機壁板各個區域的輪廓點云，將靶球外輪廓擬合成為球特征，再將靶心與飛機前緣壁板點云進行封裝，從而獲得完整的點云。將點云與三維數據模型進行對比，從而得出飛機壁板的質量測量結果。

2.3 組合測量精度與效率分析

組合測量的精度與效率，是決定數字化組合測量法有效性的主要因素。組合測量的誤差，主要包括測量儀器誤差、靶球外輪廓特征擬合錯誤以及靶球自身誤差等。設備測量誤差，主要是測量過程出現失誤，導致數據采集不準確。根據實驗證明，組合測量法的測量精度與效率較高，具有一定的優勢。傳統的飛機裝配質量檢測，主要采用激光跟蹤儀進行測量，采點頻率主要是5點/s。而采用組合測量方式，利用掃描頭進行數據采集，采點頻率可以達到30000點/s。組合測量方法，屬于非接觸測量，不會破壞薄壁件的結構，能夠提高測量效率，提升測量的精度。

3 測量工具集軟件實現

大型飛機板壁類組件數字化組合測量，需要利用MFC開發壁板類組件數字化復合測量工具集。其能夠與測量設備進行連接，能夠對數據信息進行補償，從而實現公共基準點測量與點云掃描操作。測量工具集軟件能夠控制掃描軟件與激光跟蹤儀，采集靶心坐標與測量數據并進行存儲，再通過SA軟件底層算法對數據進行處理，從而得出數據分析結果，以報告的形式進行存儲。endprint

3.1 數字化復合測量工具集的功能模塊

數字化復合測量工具集的功能模塊，主要包括通信接口管理模塊、激光跟蹤儀、數據采集軟件等。其中設備參數設置模塊，主要的功能是補償儀器測量過程的外部環境參數，并且實現激光跟蹤儀與SA軟件之間的交互。激光跟蹤儀，主要是進行定點搜索，輔助進行測量。數據處理模塊，主要是對采集數據進行分析，從而得出結果。點云數據采集模塊，主要功能是進行點云采集、采樣、去噪等，確保公共基準點與靶心吻合。

3.2 數據處理流程

測量工具集軟件的數據處理流程，主要是由工具集進行信息發布，SA軟件會讀取公共基準點球心坐標，以及飛機前緣壁板點云。通過工具集進行拼接，將靶心坐標與激光跟蹤儀進行公共基準點擬合，從而去完成點云拼接工作，形成完整的外形點云。將完整的外形點云傳入到飛機前緣壁板的三維模型，再通過工具集進行擬合轉化，使得球心點與三維模型中的靶心進行對齊。確保飛機壁板件所有點云與三維模型對齊，再利用模型進行分析，從而得出結論，形成質量檢測報告。

3.3 實驗分析

實驗將某型號的飛機水平尾翼前緣壁板件作為測量的目標，實驗中關節臂測量儀的掃描范圍是2.5m球形空間。因此，需要將壁板劃分為三個區域進行測量，從而得到完整的壁板外形點云。采用數字化組合測量方法，根據飛機前緣壁板位置布置測量儀器的位置，以及公共基準點的位置。根據飛機水平尾翼前緣壁板的三維模型特征點，對齊靶心點與參考特征點，通過點云拼接，使得點云與壁板的三維模型對齊，從而分析擬合誤差。具體情況如表1所示。

通過對靶心點與三維模型參考點的擬合誤差值進行分析，可以得到三維模型的偏差矢量圖。矢量圖根據不同誤差值，分別用不同顏色表示，從而顯示實際點云與三維模型的誤差，通過數據分析，最終得出質量檢測報告。

4 結論

綜上所述，利用數字化組合測量，輔助飛機裝配質量檢測，能夠提高測量的精度，降低誤差的范圍，具有較強的可行性。利用激光跟蹤儀，能夠提高點云拼接的準確度。通過關節臂測量儀，可以進行非接觸掃描，提高了測量的精度與效率。數字化組合測量方式，具有速度快、效率高等特點，數據采集比較完善，質量檢測的準確性較高。

【參考文獻】

【1】景喜雙，張鵬飛，王志佳，等.數字化組合測量輔助飛機裝配質量檢測技術[J].北京航空航天大學學報，2015，41（07）：1196-1201.endprint