基于某型機大部件數(shù)字化對接技術(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)的飛機多應(yīng)用剛性的工裝實現(xiàn)大部件的對接，該方法通過工藝補償來協(xié)調(diào)，對接精度較低、易導(dǎo)致部件對接差，無法通過實時調(diào)整部件位置來提高產(chǎn)品質(zhì)量。

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

本文以某型機機身上下半部及客艙地板的對接為對象，從部件對接系統(tǒng)初始位置的設(shè)定、測量環(huán)境的構(gòu)建、柔性機構(gòu)的調(diào)姿、部件位置的跟蹤測量、部件自動對接等方面進行研究，并對飛機大部件數(shù)字化對接系統(tǒng)的功能和組成進行介紹。

1 部件數(shù)字化對接技術(shù)

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

在此對接控制系統(tǒng)中，飛機部件不直接與數(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，通過每根立柱上的伺服電機驅(qū)動托架在X、Y、Z 3個坐標(biāo)系方向上移動，從而實現(xiàn)部件的位置調(diào)整。調(diào)整時，部件狀態(tài)穩(wěn)定，快速靈活，且可以實現(xiàn)多種產(chǎn)品的柔性定位。

數(shù)字化測量系統(tǒng)由能覆蓋整個測量場的數(shù)字化測量設(shè)備和軟件組成，如激光跟蹤儀、激光雷達等。

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

2 數(shù)字化對接技術(shù)的應(yīng)用

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

2.1 部件對接工藝設(shè)計

某型機機身上、下半部及客艙地板對接時，先將客艙地板及其托架用數(shù)控定位器立柱上面4個點進行支撐，以廠房地面的地標(biāo)點作為對接裝配的基準(zhǔn)，通過激光跟蹤儀對客艙地板的托架上關(guān)鍵點進行測量，數(shù)控定位器的伺服電機驅(qū)動托架在X、Y、Z 3個坐標(biāo)系方向上移動，調(diào)整位置后固定。再以客艙地板作為基準(zhǔn)，將機身下半部及其托架用數(shù)控定位器立柱下面4個點進行支撐，通過激光跟蹤儀對機身下半部托架上的關(guān)鍵點進行測量并調(diào)整位置，實現(xiàn)機身下半部及客艙地板的裝配對接。

最后將客艙地板托架移除，仍以客艙地板作為基準(zhǔn)，將機身上半部及其托架用數(shù)控定位器立柱上面4個點進行支撐，通過激光跟蹤儀對機身上半部托架上的關(guān)鍵點進行測量并調(diào)整位置，實現(xiàn)機身上半部與下半部、客艙地板的裝配對接。

2.2 對接系統(tǒng)初始位置的設(shè)定

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

2.3 測量環(huán)境的構(gòu)建

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

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

2.4 柔性機構(gòu)的調(diào)姿

飛機大部件對接過程前，采用激光測量系統(tǒng)對部件托架關(guān)鍵點進行測量，并對部件對接面的關(guān)鍵點進行測量；在對接控制系統(tǒng)中根據(jù)測量數(shù)據(jù)構(gòu)建出對接部件和托架的實際位置，分析、模擬部件和部件、托架和托架對接的最優(yōu)路徑，設(shè)定數(shù)控定位器立柱上支撐點的運動參數(shù)，控制伺服電機驅(qū)動托架和部件在X、Y、Z 3個坐標(biāo)系方向，以及α、β、γ角的移動和調(diào)整，實現(xiàn)部件的對接。

2.5 部件位置的跟蹤測量

因整個大部件對接過程中的定位精度由數(shù)字化測量系統(tǒng)、數(shù)控定位器的精度保證，即大部件對接控制系統(tǒng)在部件對接過程中存在對接誤差，因此在大部件對接過程中，須借用激光測量系統(tǒng)對部件托架的關(guān)鍵點進行實時測量，以便實現(xiàn)對部件位置的實時跟蹤。

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

2.6 部件自動對接

整個某型機機身上、下半部及客艙地板的對接過程如下：

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

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

（3） 機身下半部與托架關(guān)聯(lián)，由數(shù)控定位器立柱下面4個點支撐；

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

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

（6） 機身上半部與托架關(guān)聯(lián)，由數(shù)控定位器立柱上面4個點支撐；

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

（8）機身上半部與客艙地板、機身下半部關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)大部件最終對接。

其中，坐標(biāo)系的構(gòu)建和關(guān)鍵點的測量對整個對接工作的準(zhǔn)確開展起著關(guān)鍵作用。

3 結(jié)語

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