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大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及关键技术

李清川 沈岩 王鹏

中航西安飞机工业集团股份有限公司,陕西西安,710089

摘要: 目前,我国航空制造高精度,成本低,数字化的方向发展,其制造和组装技术主要依靠大尺寸的测量技术和系统提供技术保障。由于其产品零件大小不断加大,总体结构不断增多,精度要求不断变高,特别是其核心特色。而当航空产品生产和国际协同精益生产需求时,最有可能形成大规模的复杂零件,可以无缝集成,统一组装。
关键词: 大尺寸测量;航空制造业;关键技术
DOI:10.12721/ccn.2024.157350
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一、大尺寸测量关键技术

当航空企业生产数字化程度不断提高,造成产品闭环制造数字链,在产品制造周期内确保产品的制造装配质量和信息的和谐性、互动性。通过使用统一的测量数据集,利用数字化的测量设备和技术,对飞机零部件加工、工装制造、部件装配和总装对接、不仅可以提高检测效率和准确性,而且节省了大量的费用和时间。并且保证了各个阶段的信息互补性和整合,向上游工程设计阶段反馈检测信息,修改优化产品和工艺的设计,工装等。概括而言,在飞机生产中,尺寸测量系统和技术的应用主要有以下几点。

1.1产品和工艺技能

检验产品/工装测定各种大小和形状误差是确保整个套机械产品品质的主要因素。大尺寸测量系统比较于传统的检测工具,具有较大的量程、较高的精度和灵活的机动性能,能够快速验证零件的精度,尤其是重点特点。基于新一代产品几何量技术方法,将测量认证阶段的测算值与设计的准则进行对比,以确定实际产品/工装是否满足标准要求,并将其与认证相结合,以保证设计的功能,追踪认证的结果,从而迅速地检验产品和工装。

1.2在机检测大尺寸制造系统

在机检测技术是指在机床上进行测量,可以利于安装和调整工件,减少搬运和装卸次数,提升生产效率,使测量仪器进入生产现场,融入生产线,监控生产过程。同时,制造过程中出现的问题,可以在机测中及时发现。对出现的问题及时进行修正,通过调整加工工艺参数、引入误差补偿等手段向上游设计阶段反馈信息。在数控切削、水切、成型等工艺中均可应用大尺寸的机检测技术。

1.3辅助测量组装技术

这是运用大尺寸测量仪器,在产品数字化装配中,一种先进的数字化测量系统的重要应用。跟踪测量装配体各部件位姿参考点等先进技术,对装配体各部件进行数字化测量,验证各部位之间的相对位姿是否达到技术要求,并对完成装配的各部位进行位姿的调整进行指导。部段对接装配时,一些关键特性点首先设置在对接部件上。机器人校准是指通过先进的测试方法和针对模型的参数识别技术来识别机器人模型的精确指数,就可以提升机器人的绝对准确率。在校准中,测量方法是一个非常关键的因素,它在很大程度上是测量系统在工业机器人中的应用。

二、大尺寸测量规划

系统优化配置的基础和重点是在复杂的航空制造现场环境下,测场建模与仿真技术建立合理的测场模型。大体上,应涵盖工作空间、零件、工装、障碍物、测量目标、机器设备、空间内环境原因等信息,并根据测量任务的要求和现场环境知识建立测量现场模式。该系统由不同的布置和配置方式组成,并由仿真结果构成不一样的测量结果,从而对测量系统的性能参数进行评价,并在现场实际测量实施前得到优化的结构参数。同时将产品和工艺设计与现场测量验证之间的数码链通过测量场模型和上游的数字链进行整合,并对关键特性进行协调。

2.1测量系统优化配置技术

采用单台/种仪器测量,由于受测量系统部件尺寸、现场条件、可视性等制约,在实际操作中往往行不通。综合采用多个相同或不同的测量系统,可以在一次安装中集中特定的特征或区域、加快测量速度、提高测量精度和可靠性,从而获得更多感兴趣的详细资料。这种将多个相同或不同的测量仪器组合起来,以完成特定的测量任务的技术称为大尺寸测量中的关键问题——测量系统配置。因为使用多台/种仪器进行测量,所以测量设备的位置必须综合许多传感器得到的数据,再对测量仪器的位置进行一定的指标优化求解。在大小测量中,最重要的是精确、快速的测量系统分配。

2.2测量程序自动化技术

测量程序自动化技术是一种消耗时间,而且不会使直接价值增大,。在测量增加的情况下,确保产品的品质,生产费用大大提高。传统的人工目标测量,对大量采用激光跟踪器而言,每测量一个点,就需要人工引光一次,让激光追踪仪锁定目标球心,通过人工手持的方式将靶球放到测量点上进行测量。该方法具有很强的自动化性,并且在使用时更耗时。采用“坐标变换-跟踪仪旋转-主动寻靶-资料采集”的方法进行目标自动测量。第一要根据部件三维数模在测量坐标系下,设计坐标系下获得各个测量点的理论位置,并依据设计坐标系与测量坐标系两者配合,在测量坐标系下获得各测量点的理论位置,在当前实际状态下,利用程序对激光跟踪仪的自动定位在所要收集到的测量点周围,利用跟踪仪的自动寻求靶功能进行螺旋搜索,在测量坐标系统下,当激光点进入目标范围内,激光跟踪仪就会自动地获取测量点,对目标中心进行精确搜索并完成测量。

三、结束语

在在飞机生产中,逐渐采用了大型测量装置。利用科学的数字化测量装置,利用三维模拟技术,通过计算机、传感器、数字化控制等技术,通过离线编程,提高航空制造的生产能力和自动化水平,完成对零件的精确检测、监控和调整零件工装安装的位姿,实现测量过程的自动化控制。在航空制造现场的复杂环境中,目前,涵盖实际现场校正和功能验证、测试场建模仿真、测量系统改善布局、测量数据融合互相运作、对于MBD的集成测量、测量过程自动化等大尺寸测量应用中的关键技术还没有完全解决或不够成熟,还有待于进一步的深入研究和运用。

参考文献

[1] 刘红安,李元华.目前航空制造业数控设备技术发展动态[J].金属加工(冷加工),2018(12):2-4+14.

[2] 潘媛,高启明.航空制造业的金融支持效应检验[J].统计与决策,2018,34(20):167-170.