趙慶輝 何坤

摘 要：數(shù)字化測量技術(shù)是現(xiàn)代飛機數(shù)字化裝配技術(shù)的重要組成部分，從當前常見幾種數(shù)字化測量系統(tǒng)入手，簡要介紹了各自的優(yōu)缺點及使用現(xiàn)狀，重點以手持式三維激光掃描儀為研究手段，以某型機中機身環(huán)控管路裝配不協(xié)調(diào)問題為研究對象，詳細論述了手持式三維激光掃描儀在解決機身內(nèi)部管路裝配偏差問題的研究過程，為今后行業(yè)內(nèi)機身內(nèi)部管路裝配偏差檢測提供研究方法和思路。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化測量；三維激光掃描；飛機裝配檢測

中圖分類號：TN249 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0017-04

Abstract： Digital measurement technology is an important part of modern aircraft digital assembly technology. Starting with several common digital measurement systems， this paper briefly introduces their advantages and disadvantages as well as the current situation of their use. The paper focuses on the hand-held three-dimensional laser scanner as the research means and the disharmony of the fuselage environmental control pipeline assembly in a certain type of machine as the research object. The research process of the hand-held three-dimensional laser scanner in solving the assembly deviation problem of the internal pipeline of the fuselage is discussed in detail， which provides the research methods and ideas for the assembly deviation detection of the internal pipeline of the fuselage in the industry in the future.

Keywords： digital measurement； three-dimensional laser scanning； aircraft assembly testing

目前，隨著公司飛機生產(chǎn)數(shù)量的不斷增加，部、總裝現(xiàn)場零部件的裝配偏差逐漸成為影響飛機交付的一個主要因素。因為飛機裝配偏差是由人為因素、系統(tǒng)誤差以及偶然誤差等多種因素導致[1]，難以避免，分析難度大，所以通常情況下，當出現(xiàn)零、部件裝配偏差問題時，都是根據(jù)裝配現(xiàn)場的實際偏差量進行即時位置調(diào)整或者取樣新制零件，從而滿足飛機裝配要求。

根據(jù)裝配現(xiàn)場的生產(chǎn)實際來看，機身內(nèi)部各種管路裝配不協(xié)調(diào)問題，大多直接采用取樣新制，該方法解決管路裝配問題的周期一般為5～7天，不僅費時費力，而且由于沒有有效的檢測工具進行原因分析而直接取樣，整個過程顯得比較盲目，缺乏系統(tǒng)化、科學化的問題處理方法。隨著計算機技術(shù)以及信息技術(shù)的不斷發(fā)展，先進的數(shù)字化測量系統(tǒng)逐漸被應用到飛機的裝配制造中，取得了很好的效果。目前，在飛機裝配中常見的數(shù)字化測量系統(tǒng)有激光跟蹤儀、數(shù)字照相測量、室內(nèi)GPS以及三維激光掃描，各自以其獨有的測量特點在飛機不同的裝配領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用[2]，各種數(shù)字化測量系統(tǒng)的特點及應用現(xiàn)狀見表1所示。

本文根據(jù)裝配現(xiàn)場遇到的實際裝配問題，采用手持式三維激光掃描儀，嘗試對某型飛機中機身環(huán)控管路進行裝配檢測，通過對掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)模進行對比分析，查找管路裝配不協(xié)調(diào)問題產(chǎn)生原因，進而解決環(huán)控管路裝配不協(xié)調(diào)問題。

1 試驗及方法

1.1 問題描述

某型機中機身環(huán)控管路出現(xiàn)裝配偏差，裝配廠認為零件制造廠產(chǎn)品尺寸有問題，而零件制造廠認為該零件使用檢驗模測量合格后交付，無尺寸問題，將問題歸結(jié)于裝配問題。由于機身內(nèi)部空間狹小，環(huán)境復雜，常用數(shù)字化測量設(shè)備無法在該環(huán)境下使用，導致管路裝配偏差問題未能及時解決，影響到飛機交付。

1.2 試驗方法

使用加拿大CreaForm公司的HandyScan 300TM手持式三維激光掃描儀以及VXelements數(shù)據(jù)處理軟件對問題飛機環(huán)控管路進行三維掃描，將優(yōu)化處理完畢后的掃描數(shù)據(jù)和理論數(shù)模共同導入Geomagic Control分析軟件進行對比檢測。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)裝配現(xiàn)場實際反應問題，對問題區(qū)域進行三維掃描，掃描結(jié)果如圖1所示。（a）圖為掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)模依據(jù)基準對齊后在空間中的位置，其中淺灰色部分為掃描數(shù)據(jù)，深灰色部分為理論數(shù)模；（b）圖為對比測量結(jié)果，尺寸偏差設(shè)置為1mm，其中淺灰色部分為理論數(shù)模，深灰色區(qū)域為實際點云位置在理論數(shù)模曲面法線方向上以及法線反方向上超出1mm的掃描數(shù)據(jù)，其余灰度區(qū)域為介于正負1mm偏差之間的掃描數(shù)據(jù)（下同）。

由圖可以看出，左側(cè)管路明顯偏離理論裝配位置（實線圓圈所示），沿軸線方向其偏離量約為28mm，垂直軸線方向偏移量約為23mm。根據(jù)這一測量結(jié)果，為了排除零件制造誤差，首先對上圖中存在裝配關(guān)系的左側(cè)長管（實線圓圈）以及右側(cè)短管（當時未裝配，虛線圓圈）分別進行三維外形檢測。

左側(cè)長管以及右側(cè)短管三維外形檢測結(jié)果如圖2和圖3所示。由圖2可以看出，左側(cè)長管其實際外形與理論外形基本一致，左端面偏離量約為0.06mm，右端面偏離量約為0.2mm，零件外形偏差在±0.5mm的允許偏差范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求；由圖3可以看出，右側(cè)短管其實際外形與理論外形基本一致，左端面偏離量約為-0.2mm，右端面偏離量約為-0.04mm，零件外形偏差在±0.5mm允許偏差范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求。

根據(jù)上述測量結(jié)果，排除了零件制造廠的零件制造偏差，裝配廠立即展開錯誤排查，并最終發(fā)現(xiàn)該裝配偏差是由左側(cè)長管左端面固定卡箍未安裝導致。將左側(cè)長管左端面固定卡箍安裝后的環(huán)控管路空間掃描數(shù)據(jù)如圖4所示。

由圖可以看出，左側(cè)長管左端面固定卡箍安裝后（左側(cè)實現(xiàn)圓圈所示），整個管路的實際安裝位置與理論數(shù)模位置基本一致，軸向偏差約1.5mm，垂直軸向偏差約0.3mm，符合裝配現(xiàn)場實際安裝要求。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)裝配現(xiàn)場遇到的實際裝配問題，采用手持式三維激光掃描儀，對某型飛機中機身環(huán)控管路進行裝配檢測，通過對掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)模進行多次對比測量，解決了機身內(nèi)部復雜管路裝配不協(xié)調(diào)問題，提供了使用手持式三維激光掃描儀進行機身內(nèi)部復雜環(huán)境裝配檢測的方法，為今后行業(yè)內(nèi)機身內(nèi)部裝配偏差檢測開辟了一條新思路。

參考文獻：

[1]劉洋.飛機裝配注意要點分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2015（30）：58.

[2]鄒愛麗，王亮，李東升，等.數(shù)字化測量技術(shù)及系統(tǒng)在飛機裝配中的應用[J].航空制造技術(shù)，2011（21）：72-75.

[3]李廣云.LTD500激光跟蹤測量系統(tǒng)原理及應用[J].測繪工程，2001（12）：3-8.

[4]任曉華.新型飛機自動化裝配技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2005（12）：32-35.

[5]李瀧杲，黃翔，方位，等.飛機裝配中的數(shù)字化測量系統(tǒng)[J].航空制造技術(shù)，2010（23）：46-48.

[6]于勇，陶劍，范玉青.波音787飛機裝配技術(shù)及其裝配過程[J].航空制造技術(shù)，2009（14）：44-47.