韓志仁 ， 李子牮 ， 彩 輝

（1.航空制造工藝數(shù)字化國防重點學科實驗室， 沈陽 110136；2.沈陽航空航天大學航空宇航工程學部， 沈陽 110136；3.中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，沈陽 110850）

在航空數(shù)字化制造環(huán)境下，飛機結(jié)構(gòu)中機加件不斷增加，而且這些機加件一般采用數(shù)控加工的方法制造，檢驗采用三坐標測量機進行測量[1]。檢測前需要導入零件CATIA數(shù)模外形面上點的坐標和法矢值，通過獲得的測量點、法矢規(guī)劃測量路徑和測量位置，進行檢驗。我國航空發(fā)展速度快，新型號投入多，數(shù)字化測量的工作量大。

數(shù)字化制造中數(shù)字化設(shè)備加工得到的零件優(yōu)先使用數(shù)字化的測量設(shè)備[2]。加工后的零件在測量設(shè)備中定位，并通過零件上的基準將零件的坐標系與測量坐標系擬合在一起，然后通過數(shù)字化測量設(shè)備可以得到一些離散點的坐標。這些測量點的坐標是檢驗零件的原始數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)布點方式的缺點如下：

（1）由于CATIA部分功能的局限性，傳統(tǒng)方式生成零件上的測量點存在著很大的難度，工藝員需要做大量的中間輔助工作。

（2）布點過程中摻雜了過多的人為因素（點位的控制、點的數(shù)量等），使得后續(xù)輸出的測量數(shù)據(jù)不能完全滿足測量儀要求而導致測量準確性下降。

（3）采用傳統(tǒng)的測量點生成方式，工藝員每次操作只能生成單個點，對于外形面復雜多變且尺寸巨大的零件（框類、壁板類等），需要重復上百甚至上千次這種技術(shù)含量極低的工作而且消耗大量時間，從而嚴重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)進度和后續(xù)的測量進度。

在手工輸出測量數(shù)據(jù)過程中，由于耗時長不能保證工作的連貫性，很容易出現(xiàn)人為錯誤，比如法矢出錯會造成測量儀探測頭的探針的損壞。

測量數(shù)據(jù)布點非常煩瑣，手工布點效率低，容易出現(xiàn)漏布和布點不規(guī)范。為了實現(xiàn)快速布點功能，提高布點效率，提高測量點數(shù)據(jù)的準確性和規(guī)范性，保證測量精度，有必要開發(fā)按工藝要求針對模型檢測快速布點的軟件。

圖1 軟件原理圖Fig.1 Principle diagram of the software

布點系統(tǒng)

快速布點系統(tǒng)主要的作用是輔助工藝人員快速布置測量點和獲取測量點信息。在飛機的梁、框、壁板、翼肋等曲面上快速、準確地生成測量點，并自動生成法矢、測量簡圖和測量數(shù)據(jù)。軟件原理如圖1所示。

關(guān)鍵技術(shù)研究

工藝員在CATIA平臺通過選取零部件簡單特征實現(xiàn)測量點的快速生成[3-6]。系統(tǒng)開發(fā)采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，按照結(jié)構(gòu)化程序的思想，飛機主要機加件梁、框、壁板、翼肋、曲面等都需要測量和檢驗，成形模具的型面也需要進行測量和檢驗。本文以框類零件為例說明測量點快速布點技術(shù)。框類零件表面分為側(cè)面內(nèi)型面、腹板面、加強筋?？蝾惲慵键c可分為內(nèi)測量、腹板、筋條3部分。總體操作流程如圖2所示。

圖2 總體操作流程圖Fig.2 Overall operation flow chart

1 側(cè)面布點

傳統(tǒng)操作中工藝員手工生成檢測點需要進行以下幾個方面：選擇準線并等分、提取零件側(cè)面、做交線、做交點、判斷點的位置。這幾個方面都需要大量重復手工操作。

通過側(cè)面布點模塊進行布點時，按照工藝要求內(nèi)外側(cè)形面間隔值取點，在形面上取兩排點，工藝員需要選擇側(cè)面邊線、零件側(cè)面，然后定制間隔值。拾取的側(cè)面邊線生成與零件側(cè)面垂直的參考平面，通過制定的間隔值平移參考平面并與零件側(cè)面相交得出交線，在交線上生成測點，如圖3～4所示。詳細流程如圖5所示。

2 腹板槽布點

工藝人員在對零件腹板槽檢測時，需要按照指定要求在零件腹板槽上設(shè)計檢測點。檢測點的生成不僅要符合檢測要求，還需要按照設(shè)計要求在結(jié)構(gòu)樹上生成對應的檢測點幾何圖形集。這些都需要大量的手工操作。

通過加強筋面布點模塊布點時，根據(jù)腹板每個槽內(nèi)取3個點（腹板面為平面或曲面）的工藝要求。工藝人員通過簡單的CATIA拾取腹板槽面，通過拾取腹板槽面找到腹板槽面形心然后以形心為圓心做圓并向腹板槽面投影。在投影圓周上可直接生成檢測點，如圖6～7所示。

考慮到所選擇腹板面平面和曲面的差異，根據(jù)結(jié)構(gòu)化程序的設(shè)計方法，設(shè)計了腹板槽布點的算法，算法詳細流程如圖8所示。

圖3 側(cè)面布點界面Fig.3 Interface of arranging measurement point on the side

圖4 側(cè)面布點實例Fig.4 Instance of arranging measurement point on the side

圖5 零件側(cè)面布點流程Fig.5 Flow of arranging measurementpoint on the side

圖6 腹板槽布點界面Fig.6 Interface of arranging measurement point on the web slot

圖7 腹板槽布點實例Fig.7 Instance of arranging measurement point on the web slot

圖8 腹板槽布點流程Fig.8 Flow of arranging measurement point on the web slot

圖9 加強筋側(cè)面布點界面Fig.9 Interface of arranging measurement point on the side of stiffener

圖10 加強筋側(cè)面布點實例Fig.10 Instance of arranging measurement point on the side of stiffener

圖11 加強筋側(cè)面布點流程Fig.11 Flow of arranging measurement point on the side of stiffener

3 加強筋側(cè)面布點

由于MBD模型加強筋側(cè)面一般為較為規(guī)則平面或曲面，情況與側(cè)面布點類似。按照加強筋在單側(cè)面取點的原則，通過加強筋布點模塊進行布點時，工藝人員需要拾取參考面、加強筋面，制定偏移距離，通過制定的偏移距離平移參考面與加強筋面相交，在生成的交線上生成檢測點，如圖9～10所示。詳細算法流程如圖11所示。

4 應用實例

以基于MBD 的某型號飛機的機身數(shù)模為例，介紹快速布點過程。先拾取幾何元素，設(shè)置需要元素數(shù)值，即可快速生成檢測點。

用基于CATIA/CAA二次開發(fā)技術(shù)，通過快速布點模塊生成大量點，直接獲取到每個點位相對于當前坐標系下的X、Y、Z坐標軸上的坐標信息，并按規(guī)定要求生成TXT數(shù)據(jù)文件和測量簡圖。檢測點、測量簡圖生成和測量數(shù)據(jù)輸出，如圖12～14所示。

圖12 快速生成檢測點實例Fig.12 Instance of rapidly generating measurement point

圖13 測量簡圖生成Fig.13 Generation of measuring diagram

圖14 測量數(shù)據(jù)輸出Fig.14 Output of the measured data

結(jié)論

通過對基于MBD模型的快速布點生成技術(shù)研究，解決實際生產(chǎn)過程中工藝設(shè)計部門、生產(chǎn)部門在MBD模型檢測使用中檢測點統(tǒng)一快速大量生成的問題。以CAA/CATIA為平臺，建立了檢測點快速生成軟件。通過對零件進行分類，總結(jié)布點規(guī)律和測量要求，實現(xiàn)了以批量方式在零件表面上快速生成測量點，并生成檢測點信息文檔功能，實現(xiàn)了零件側(cè)面布點、腹板槽布點、加強筋側(cè)面布點等功能，在很大程度上提高了飛機制造的效率。

[1]朱正德.三坐標測量機的矢量檢測功能及其應用 [J].金屬加工， 2003， 37(11):56-57.

ZHU Zhengde. The vector detection function and application of the three coordinate measuring machine[J]. Machinist Metal Cutting, 2003,37(11):56-57.

[2]韓志仁，耿煦.基于MBD 的三坐標測量檢驗技術(shù)研究[D]. 沈陽：沈陽航空航天大學， 2013.

HAN Zhiren, GENG Xu. A study on the technology of three-coordinate measurement and inspection based on MBD [D]. Shenyang:Shenyang Aerospace University, 2013.

[3]Dassault Systemes. CAA V5 encyclopaedia[M]. Paris: Dassault Systemes， 2000.

[4]袁其源，雷玉勇，熊佳，等. 基于專家系統(tǒng)的CATIA二次技術(shù)[J]. 機械與電子，2007(9): 12-14.

YUAN Qiyuan, LEI Yuyong, XIONG Jia,et al. Re-developing technology of CATIA based on expert system [J]. Machinery & Electronics,2007(9): 12-14.

[5]鄧學雄. 現(xiàn)代CAD技術(shù)的發(fā)展特征[J]. 工程圖學學報,2001(3): 8-13.

DENG Xuexiong. The development characteristics in modern CAD technology[J].Journal of Engineering Graphics, 2001(3): 8-13.

[6]凌堅,隋成華. 基于組件結(jié)構(gòu)的軟件二次開發(fā)接口的設(shè)計實現(xiàn)[J]. 計算機工程,2002(2): 107-110.

LING Jian, SUI Chenghua. Design and implementation of the interface for further development based on component [J]. Computer Engineering, 2002(2): 107-110.