一種新型飛機柔性裝配定位技術研究

韓煒

摘 要：三維激光投影定位技術已在船舶重工、汽車、高鐵和科研等領域被廣泛使用，在國內航空制造領域的應用主要局限于復材鋪層定位。本文提出了一種新型飛機裝配定位技術，利用激光投影原理完成零件、緊固件孔位定位，是一種面向基于MBD技術的數字化裝配工藝方法。

關鍵詞：三維激光投影；飛機裝配；柔性；裝配定位

中圖分類號：V262.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0083-02

隨著我國航空制造技術的不斷進步，對飛機裝配的成本和效率提出了更高的要求。傳統的裝配工裝、制孔樣板等裝配定位方法雖能滿足裝配要求，但由于飛機研制初期設計頻繁更改，導致大量工裝不得不進行更改甚至報廢新制，制造成本居高不下；對于連接關系復雜、不便直接取制導孔的零件，傳統上采用畫線制孔或樣板制孔，其制孔效率低、精度差，且一旦產品設計發生更改，相應的鉆孔樣板就需要重制，導致重復投入成本較高；同時，在裝配工作中，工裝及零件制造問題難以及時發現，裝配出現問題才會去復查工裝及零件，產品質量問題很難預判。

近年來三維激光投影技術不斷深入開發，為發展新的飛機裝配定位工藝提供了一種全新的手段，可以在一定范圍內解決傳統裝配定位方法成本高、適應性差的問題。

1 三維激光投影定位技術

三維激光投影是通過旋轉振鏡等設備將激光束以高速掃描的形式投影到工作區域中的曲面上，由于激光束掃描移動的速率高于人眼識別的速率，人眼察覺不到激光點移動的變化，這樣可以利用人眼視覺暫留效應，在待投影曲面上觀測到激光形成的完整的畫面，并且承接投影的可以是任意形狀的曲面[1]。利用三維激光投影技術，依據飛機CATIA數模以激光線條的形式將三維輪廓線投影到安裝位置，操作人員只需將該零部件實物的每條邊與所投影的激光輪廓線重合，就可以實現在空間6個自由度的精確定位，當前，設備投影精度普遍可以達到±0.005in（0.13mm）。

2 技術方案

基于三維激光投影的飛機裝配定位技術，是將投影設備接入飛機產品（組件、部件等）坐標系，將產品數模輸入到投影設備的控制計算機中，然后把需要安裝的零件、標準件以激光線條的形式投影在理論安裝位置，指導操作人員對照激光線條去安裝零件、制出緊固件孔，或者利用激光線條對已安裝零件進行裝配質量檢查，從而完成零件安裝或安裝質量檢查。

2.1 設備連接

根據要投影的位置，檢查好激光通路不被遮擋，距離投影位置4m（根據設備性能會有不同）安放投影設備。將投影設備接電，與控制計算機用數據線連接。將產品數模載入控制計算機。投影設備連接如圖1所示。

2.2 激光投影柔性定位系統的建立

將靶標球（至少6個）按照最大包絡原則均布在產品周圍，可以選擇工裝上的OTP、ERS點，也可選用產品上精確制出的孔來安裝。然后使用控制計算機的軟件，輸入6個安裝點的理論坐標，控制設備依次掃描靶點后完成坐標系的建立。這時，投影設備就接入了飛機產品坐標系。激光投影柔性定位系統見圖2所示。

2.3 投影定位

（1）在零件投影定位方面，把零件數模輸入控制計算機，投影設備以激光線條的形式將零件的三維輪廓線投影到安裝位置，操作人員再將該零件實物的每條邊與所投影的激光輪廓線重合，就可以實現在空間6個自由度的準確定位。（2）在緊固件孔位投影方面，把包含緊固件連接位置的數模輸入控制計算機，投影設備將緊固件孔位以十字線等形式的圖案投影在零件上，操作人員根據投影進行制孔操作。（3）在裝配檢查方面，將要檢查的零組件數模輸入控制計算機，設置好裝配公差，就可以將零組件的理論安裝極限位置投影在飛機產品上，檢查零組件實物邊緣與投影線的位置關系即可判斷是否超差。

實際應用情況圖3所示。

3 應用效果

三維激光投影定位技術使“虛擬定位器”成為可能，定位方式不依賴于傳統硬式定位器，可以靈活應對工程設計的變更，彰顯“柔性”特質。該技術應用于飛機裝配，有以下幾方面有益效果：

（1）在一定范圍內可代替傳統工裝定位器，避免因設計更改導致的工裝更改，降低飛機制造成本。適用的零件主要是結構小、剛性好的系統支架、連接角片、接頭類零件；緊固件孔限于夾層厚度不大（推薦≤5mm）時直接指導操作者制孔。作為一種柔性的定位方式，在產品零件、連接排布發生變更時，只需要將最新數模載入控制計算機重新投影即可。避免了傳統定位技術中，對零件定位器進行實物更改，或報廢舊的制孔樣板按照新的連接形式制作新樣板。本技術可以大幅度縮短生產線貫徹設計更改的周期，顯著降低飛機制造成本。

（2）提高裝配效率。利用激光進行投影定位，可以避免傳統畫線定位時操作者往復查看數模、量取并記錄尺寸，再在飛機上進行畫線的冗長操作過程，有效提高裝配效率。根據研究試驗，系統支架、角片類零件定位效率可提高60%以上。

（3）提高定位精度。系統支架、連接角片等零件傳統上采用畫線方式來定位，緊固件孔位采用畫線確定，采用本技術定位方式，研究試驗結果顯示，定位精度由±2mm提高到誤差±0.5mm以內。

（4）減少質量問題。利用激光投影技術代替畫線定位，可以避免操作者發生畫線錯誤所導致的產品質量問題。在重點關注區域利用激光投影進行裝配檢查，可以預先避免質量問題發生，例如在制孔前對搭接區域進行孔邊距檢查，如果發現孔邊距有問題，可以及時調整緊固件排布，避免制孔后造成產品報廢。

4 結語

與傳統定位方法不同，三維激光投影定位作為一項新興的裝配技術，具有柔性、精確、快速、精益等特點，具有提升效率、防差錯和降低制造成本等效果，擁有良好的經濟性，一次性投入成本不高。借鑒波音、空客等先進航空制造企業經驗，三維激光投影定位技術作為一種基于MBD技術的新式裝配定位技術，具備廣闊的推廣空間和極強的應用價值。

參考文獻

[1]孫佳慧.數字化定位激光3D投影技術研究[D].吉林：長春理工大學，2013.