1引言
大型壁板类零部件是构成飞机气动外形的主要结构件，如机翼、机身的蒙皮结构，其制造和装配不仅有外形准确度和机械性能指标的要求，也有表面质量的严格要求。壁板类零部件主要是由形状复杂、结构尺寸大、连接面多、工艺刚度低，在加工或装配过程中都会产生变形的钣金件组成的薄壁结构。这类零部件尺寸大、刚度小，从零件加工到部件装配经历多个环节的累积误差，从而在最终装配阶段易产生干涉或间隙过大的问题，影响飞机的装配精度。
目前航空企业针对这类问题采取的解决方案是在壁板零件加工阶段留有加工余量，而在装配阶段根据实际的装配情况对壁板零件进行修配。这种解决方案存在以下几点弊端：
（1）对于壁板零件的控制仅在装配阶段进行控制；
（2）在壁板零件修配过程中，对于工人的技术要求高，增加了工人的劳动强度；
（3）壁板零件装配过程中修配数据往往凭借工装刻线以及挡块等结构目视获得，无法获取准确数据。
近年来，随着在激光、微电子、传感、集成控制等领域的关键技术突破，数字化测量技术得到迅猛发展。许多数字化测量设备在测量精度、测量效率、对于环境的适应性等方面都有了大幅度提升，广泛地应用于飞机制造装配过程中，如装配工装的安装定位、零部件的装配定位、零部件装配质量检测等。数字化测量技术在飞机制造装配过程中的优势主要有以下几点：
（1）测量范围大、可以对飞机大型工装和零件进行整体测量；
（2）应用范围广、使用周期长，能够适应复杂的飞机零部件装配场景，从设备整个使用周期上来看，能够有效节约成本；
（3）测量精度高，有效保证了获取的数据能够很好反映被测飞机零部件真实状态。
2需求分析
目前国内航空制造企业针对壁板零件装配阶段产生干涉的问题常采用人工划线、手工修配的方式，这种方法可靠性低，装配精度得不到保证。因此，开展结合数字化测量技术的蒙皮边缘轮廓高精度测量技术研究，包括壁板零件装配状态下进行高精度测量、参考壁板零件的边界轮廓特征线提取、映射生成待加工壁板零件加工路径，形成一套壁板边缘轮廓精确控制方法。这对提高飞机壁板零件装配精度，提高飞机数字化装配水平，降低工人劳动强度，提升产品竞争力都有重要的意义和作用。同时我们也可以将数字化测量辅助壁板零件装配的思路进行扩展，使其适用于飞机其他零部件的制造装配精度检测过程中，最大限度的提升飞机数字化装配水平，提高飞机装配精度，图1给出了现有大型壁板零件装配存在的问题和挑战。
3验证对象及实施方案
以飞机装配过程中多曲率壁板对缝间隙控制为研究对象，详见图2，从零件制造、测量规划、轮廓提取、轮廓加工等方面开展工艺应用研究。
4实施过程
4.1零件制造
结合飞机装配过程中控制特征，以及装配过程中的实际操作控制，分别对壁板1、壁板2提出以下要求：
（1）壁板1：控制区域净边不带余量，在零件制造完成后零件脱离工装前，使用激光跟踪仪数字化测量设备在飞机坐标系下对关键控制区域进行数字化测量，测量数据随产品一同交付装配站位；
（2）壁板2：控制区域带2mm余量交付。
通过零件制造过程对控制特征控制，实现零件制造过程数据积累，为后续装配过程中测量实施提供一定数据基础。
4.2测量规划
由于飞机壁板零件尺寸大、刚度小，实际装配场景较为复杂且装配精度要求高，因此开展测量工作前需要对测量过程中所采用的测量设备进行相关调研，选用合适的测量设备进行测量。测量设备的选型主要依据：测量精度、测量效率、扫描方式、便捷性。在测量设备确定后，需要根据壁板零件实际装配场景进行测量方案的设计，以减少实际测量过程中因人为因素引起的数据精度损失。
测量规划主要包含以下内容：
（1）测量设备位置规划
对激光跟踪仪测量设备进行1:1建模，结合装配过程，对激光跟踪仪数字化测量设备进行初步规划。
（2）激光跟踪仪建系测量光路仿真
结合装配工艺流程装配工装设计，对建立飞机坐标系对测量光路进行仿真，确保建系测量点对产品具有包络性，同时对激光跟踪仪测量设备位置进行优化。
（3）基于产品控制特征的测量光路仿真
结合第（2）步中的激光跟踪仪摆放位置以及产品关键控制特征，对测量光路进行仿真，确保关键控制特征可覆盖。
（4）测量实施过程人机仿真
基于激光跟踪仪摆放位置，以及装配工艺流程进行人机工程仿真。
4.3轮廓提取
点云模型的轮廓特征线在众多领域都有着广泛的应用，如几何模型可视化、三维模型重建、模式识别等。国内外众多学者针对点云模型的轮廓特征线提取已经开展了大量研究工作，本次仅采用基于局部邻域波动性分析和法向量约束收缩优化的特征线提取的方式进行轮廓线提取。
对于给定的边缘壁板零件实测点云，提出局部邻域波动值来对点云中边界轮廓特征区域进行检测。具体计算方法如下：  

式（7）中，是邻域点pj相对于点pi的波动值，ni为点pi的法向量，pj是点pi在半径邻域内的邻域点。其次，找出点pi在半径邻域内所有邻域点中的最大波动值作为衡量点pi在半径邻域内的波动值，即：

（2）

式（8）中，是点pi在半径邻域内的波动值，Npi表示点pi在半径邻域内的邻域点集。局部邻域波动值描述的是点云在局部邻域内点与点之间的差异性。当点位于特征区域时，局部邻域波动值较大；而在非特征区域，局部邻域波动值较小。因此将点云局部邻域内的波动值作为检测边缘壁板实测点云边界轮廓特征的重要尺度。
边缘壁板边缘特征提取精度定义为提取的所有特征点到原始实测点云中最近邻点的平均值。
由初始特征点检测得到的特征点仍然存在数据冗余问题，为了提高最终待加工壁板加工路径的精度，需要对初始特征点进行收缩优化，得到优化后的特征点；然后对优化后的特征点进行体素简化，得到最终的特征点。
4.4 轮廓精加工
依据测量数据以及提取轮廓与理论模型进行对比分析，求差后，得出修切数据，将零件返回零件制造单位对零件进行精加工
5总结
本项目旨在结合数字化测量技术来获取飞机壁板零件在装配状态下的加工路径以指导壁板零件进行加工。由于飞机壁板零件实际装配情况复杂，通过数字化测量设备对壁板零件装配状态下进行测量存在测量误差，其次针对壁板零件实测点云提取轮廓特征线存在提取误差，坐标系变换存在误差，所有的累积误差对最终生成的壁板零件加工路径的精度影响没有定量分析，因此我们希望后续的项目能够对这一问题展开深入研究，为壁板零件装配协调提供一种行之有效的解决方案。
参考文献
[1] 张旭. 飞机大部件对接装配过程中的干涉检测技术研究[D]. 浙江大学, 2008.