飛機裝配檢驗技術分析

張曉潔

摘要：傳統的飛機裝配采用剛性工裝定位、手工制孔連接、基于模擬量傳遞的互換協調檢驗方法和分散的手工作坊式生產。自20世紀80年代以來，隨著計算機輔助設計/制造（CAD/CAM）技術、計算機信息技術、自動化技術和網絡技術的發展，數字化技術在現代飛機制造中得到了廣泛的應用，飛機制造進入了數字時代。本文就飛機裝配檢驗技術進行了分析。

關鍵詞：飛機裝配;檢驗;技術

引言

受到飛機結構特點、零件及工裝制造精度、裝配工藝水平、檢測手段、研制周期和經費等諸多因素影響，國內幾大主機制造企業目前都還只是在某些點或線上形成突破，車間的布局規劃分散，未形成全局的概念，相關配套軟硬件設施也不能適應現代飛機生產自動化裝配的需求，無法滿足高新武器裝備高質量、長壽命的要求。

一、檢測關鍵特征

飛機數字化制造采用數字量進行協調，關鍵特征數據流貫穿飛機制造過程，關鍵特征的設計、提取、傳遞、轉化、使用直接影響飛機數字化制造的質量和效率。在CAD系統中，特征被認為是某種具有形狀和功能屬性的信息集合，是產品制造質量關鍵控制要素，依據飛機典型結構件的幾何及檢測特點，將面向飛機結構件的檢測特征進行歸納，如圖1所示。

以裝配單元為數據集，面向飛機裝配的檢測關鍵特征包括：定位協調基準、檢測點集、特征識別物等。關鍵特征的設計應遵循以下原則：

（1）檢測點應在具有高強度、剛性好、變形較小的結構件上選取，如加強框、梁等;（2）檢測點盡量在設計分離面、工藝分離面和對接面上;（3）檢測點的分布合理，具有代表性;（4）檢測點具有較高的位置和幾何精度，盡量與K孔、定位孔和工藝孔一致;（5）檢測點位置應保證檢測的可達性。

按上述規則選取關鍵特征點后，按檢測點位、零部件成型工藝、檢測誤差項、剛性以及對飛機裝配精度的影響等信息對關鍵特征點進行綜合評價，并分配相應的權重系數。特征點的詳細信息可結合數模進行提取。

二、表面類特征檢測

飛機裝配過程中，主要的表面類特征包括間隙、階差、波紋度和氣動外形，直接影響飛機的隱身性和氣動特性，傳統檢測方法存在以下問題：

（1）間隙和階差檢測。間隙和階差依靠塞尺測量，表面沉頭孔（包括鉚釘孔和螺栓孔）采用窩量規等模擬量檢測，依靠工人肉眼判斷，檢測精度與工人經驗有關，測量準確度低。

（2）波紋度和氣動外形檢測。采用卡板檢測精度低，不能定量分析氣動外形誤差大小，而且卡板制造周期長，費用高，安裝勞動強度大，很難實現飛機部件全部外形的測量，影響飛機制造精度。國際上先進的表面類特征的檢測技術采用光學非接觸式測量，如圖2所示，主要包括：

（1）攝影測量。采用特定的工業相機，在不同的位置對待測物體進行拍照，再將數據傳給后臺計算機，通過軟件對采集圖像進行處理，最終得到被測物體的表面點云圖，并與理論數模進行對比，實現了物體的表面尺寸檢測。適用于大型部件及整機的測量，效率較高，精度在亞毫米級。

（2）白光測量。仿照人眼視覺原理，通過多個特定布置相機，利用二維光學成像重建工件的三維數學模型。適用于飛機零部件的測量，測量誤差低于0.1mm。

此外，現代飛機制造向著異地協同模式發展，一些重要零件，特別是大型零部件，協調關系復雜，如大型的艙門、口蓋類、翼面類零件，配合面形狀復雜，通過對配合面的三維形貌掃描，預判零部件匹配程度，降低返廠返修率，保證飛機研制進度。

三、內部結構特征檢測

內部結構特征包括框位、交點孔、K孔、工藝孔、關鍵飛行傳感器支架等。由于上述特征位于機體內部，通視性較差，常規光學測量儀器很難發揮作用，可采用關節臂測量。它是一種耦合轉動關節和定長臂的坐標測量系統，轉動關節處設有角度編碼器，用于測量轉角信息，定長臂精確標定，經過系列坐標變換得到待測特征坐標向量值。

受臂長限制，關節臂通常只能完成局部零部件的檢測，而飛機尺寸長達幾十米，如通過關節臂自身蛙跳實現轉站，誤差積累相當大，影響測量精度。實際測量時，可采用激光跟蹤儀或激光雷達等大范圍測量工具，通過相匹配的接口（如球心），為關節臂提供全局基準，以此實現大尺度內部結構特征的檢測。

四、大部件裝配質量檢測

飛機大部件對接采用組合測量方式，解決大尺寸空間測量精度和測量范圍相互矛盾，充分發揮不同測量設備的優勢。克服僅憑單一測量設備達到大范圍高精度測量技術難度大、成本高的瓶頸問題，其中主流的組合方案包括室內GPS結合激光跟蹤儀、室內GPS和激光雷達，優化室內GPS測量站位，測量接收器預置在關鍵測量特征處，實時反饋測量值，進而監控飛機大部件的位置和空間姿態。同時，結合大部件對接柔性工裝控制系統，自動完成飛機部件的定位、移動、調整、對接等，實現大部件對接閉環動態引導。基于室內GPS的多任務數字量協調精度控制技術在波音787總裝過程中實現了大部件自動對接應用，裝配時間從幾天縮短至幾小時。國內采用該方法縮短了飛機大部件自動對接裝配周期50%以上，自動對接誤差僅為傳統工藝的20%。

五、活動部件檢測

活動部件包括舵面、活動艙門、起落架等，由于缺乏對待測件運動路徑的有效描述，傳統制造采用經驗法和試配法，導致工作強度大、裝配周期長，特別是傳動環節多的系統，嚴重制約著飛機的研制進度。動態監測技術，采用多個攝像機的攝影測量系統，測量過程中，攝像機固定于工作站位，各攝像機經精確標定，組成多目攝影測量系統。飛機活動部件上設置靶標點，靶標點與活動部件同步運動，攝像機通過跟蹤靶標點進而推算活動部件的運動軌跡，利于快速排查問題，提高裝配效率和精度。多目攝影系統的另一個重要作用是自動加工設備的導航，通過在末端執行器上設置3個以上靶標點，可實時檢測末端執行器的空間位姿，提高自動加工設備精度。

結語：

以表面類、內部結構特征、大部件對接和活動部件的裝配過程質量控制為對象，闡述測量設備選型、整體測量場的構建及其應用效果，為數字化測量技術在飛機裝配領域的應用提供借鑒。

參考文獻：

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