胡濤 高雙全 唐萬壽 胡徐洋

摘? 要：隨著工業(yè)現代化過程的發(fā)展，航空制造業(yè)的蓬勃興起和批量生產的需求要求組件的高度互換性以及對尺寸、位置和形狀的嚴格公差要求。在更高的自動化程度的基礎上，測量和檢查方法應該是高速、靈活和通用的，并且傳統(tǒng)的勞動儀器極大地限制了大批量的組裝和制造以及復雜零件的加工和組裝。特別是隨著信息技術的飛速發(fā)展，飛機組裝技術已經完全改變了數字時代。所有零件的加工和裝配數據均采用數字模擬傳輸的形式，并且在加工和裝配過程中對這些數據的檢查和控制無法完全滿足現代柔性制造和傳統(tǒng)形狀測量所需的更復雜形狀工件的需求。因此，本文分析和研究了數字現場測量技術在飛機框架裝配中的應用。

關鍵詞：數字化測量? 飛機? 型架? 裝配技術

中圖分類號：V262.4 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）07（a）-0088-03

Abstract： With the development of industrial modernization，the booming aviation industry and the need for mass production required a high degree of interchangeability and size of components，strict tolerance requirements for position and shape.On the basis of greater automation，the measurement and inspection method should be high speed，flexible and versatile，and the traditional labor instruments greatly limited the mass assembly and manufacture as well as the processing and assembly of complex parts.Especially with the rapid development of information technology，aircraft assembly technology has completely changed the digital age.The processing and assembly data of all parts are in the form of digital analog transmission.And the inspection and control of these data in the process of processing and assembly can not fully meet the requirements of modern flexible manufacturing and traditional shape measurement of more complex shape workpiece.As a result，this paper analyzes and studies the application of digital field measurement technology in aircraft frame assembly.

Key Words： Digital measurement; Plane; Type; Assembly technology

飛機數字組裝方法不僅包括傳統(tǒng)數字組裝概念中的模具設計、制造和虛擬仿真，還包括其他自動組裝方法，例如柔性組裝方法和無模板框架組裝方法。飛機數字裝配技術是數字裝配技術、光學檢測和反饋技術、數字鉚接技術、數字集成控制技術等許多先進技術的綜合應用。數字組裝技術在組裝過程中實現了飛機的數字化、靈活性、信息化、模塊化和自動化組裝，將傳統(tǒng)的依靠手工或專用型架夾具的裝配方式轉變?yōu)閿底只难b配方式，將傳統(tǒng)裝配模式下的模擬量傳遞模式改為數字量傳遞模式。

1? 數字化裝配技術

1.1 數字化裝配協(xié)調技術

數字協(xié)調方法，也稱為數字標準工具協(xié)調方法，是一種基于數字標準工具定義的先進協(xié)調和通信技術，它將確保生產工藝裝備之間、生產工藝裝備與產品之間、產品部件與組件之間形成良好的協(xié)調。數字量傳遞的協(xié)調路徑如下：（1）飛機的大型結構零件（與飛機的形狀和位置有關），例如框架、橫梁、肋骨和CNC模式。（2）在飛機坐標系下，模具設計人員以產品工程數學模型為基礎，對模具進行數字化設計，并對與模具和產品定位有關的零件的所有定位元件進行數值加工。（3）在裝配過程中，模具通過數字標準（數據）進行協(xié)調，并且激光自動跟蹤測量系統(tǒng)進行測量，零件的安裝位置由配合的坐標系確定，以滿足空間坐標和精度安裝參考要求。（4）飛機鈑金零件模具的數字化設計和CNC加工。

1.2 數字化裝配容差分配技術

容差值直接影響產品的質量和成本。因此，根據產品的技術要求、容差分析和設定，可以經濟合理地確定產品的尺寸容差，以確保加工精度，提高產品質量，并滿足最終設計需求，從而使產品獲得最佳的技術水平和經濟效益。根據以往的情況，很難確定組裝后產品的容差是否可以滿足產品設計的要求，或者在組裝產品之前，每個零件都有一定的分配計劃。現在可以使用數學統(tǒng)計來模擬裝配過程和時間。可以看出，最終產品的容差與零件的容差和零件的裝配順序有關。在仿真部分的基礎上，我們關注的重點是質量特征，設置容差和裝配順序，模擬使用數學統(tǒng)計數據，分析各種因素對質量的影響程度，找出質量問題的原因，為改善容差分配提供依據，并通過連續(xù)仿真形成最佳容差分配。

2? 裝配測量工作

裝配測量準備工作完成后，開始執(zhí)行對飛機部件的裝配測量工作;在裝配測量過程中，不僅需要為控制系統(tǒng)提供測量數據，同時也要監(jiān)控整個裝配過程并對測量數據保存管理;整個裝配過程需要多激光跟蹤儀進行實時并行協(xié)同測量，既要保證數據的高精度，又要滿足實時要求;裝配測量具體實施過程如下：

（1）裝配件入位，工裝位置調整好后，利用吊裝設備完成裝配件的入位。

（2）導入裝配數模，如工裝數模、激光跟蹤儀模型、裝配件數字標工。

（3）裝配測量開始前對各激光跟蹤儀進行預熱、IP設置、網路組建工作，建立通信連接，初始化，并檢測跟蹤儀工作狀態(tài)。

（4）控制系統(tǒng)硬件部分就位，各軟件系統(tǒng)完成初始化，操作人員經裝配系統(tǒng)主界面發(fā)出執(zhí)行裝配命令，裝配測量系統(tǒng)接收到執(zhí)行裝配命令后，開始啟動多臺跟蹤儀的動態(tài)測量工作。

（5）裝配開始時，裝配測量系統(tǒng)發(fā)送給控制系統(tǒng)各裝配測量點初始位置數據及裝配測量點理論位置數據，并發(fā)出執(zhí)行裝配動作的命令;控制系統(tǒng)根據位置的偏差計算出控制機構的步長，之后執(zhí)行裝配動作。

（6）在執(zhí)行裝配動作的過程中，激光跟蹤儀根據一定的頻率采集測量點數據，每次采集的數據均與上次采集的數據點做一次差運算，如果差值在很小的范圍內，且持續(xù)了較長時間，即認定執(zhí)行機構裝配動作結束;否則繼續(xù)以固定頻率采集測量點數據。

3? 實時并行協(xié)同測量

動態(tài)裝配實時仿真需要在裝配過程中，由多臺激光跟蹤儀測量裝配件位置信息并分析裝配狀態(tài)，整個裝配過程無需人工干預;為了滿足測量數據實時同步、各激光跟蹤儀并行協(xié)同測量、測量數據管理便捷的要求，提出了基于多線程技術的實時并行協(xié)同測量方法;此方法對非激光跟蹤儀的其他測量設備也同樣適用，適合多類型測量設備的混合并行協(xié)同測量;實時并行測量是整個測量裝配工作的核心，它是基于TCP/IP協(xié)議，建立激光跟蹤儀組和主機之間的局域網通信連接，具體流程如下。

3.1 建立局域網絡

建立方式包括兩種：一種是有線路由方式，另一種是通過無線連接。

3.2 多線程并行測量

多線程通信連接方式，根據激光跟蹤儀設備數量，客戶端動態(tài)分配線程，每個線程負責單獨的激光跟蹤儀的測量工作，客戶端主線程負責控制各激光跟蹤儀線程，同時負責與控制系統(tǒng)的通信，激光跟蹤儀測量模式設置為動態(tài)測量模式。具體執(zhí)行過程如下：

（1）裝配測量開始后，進程動態(tài)分配各測量線程，每個線程建立一套激光跟蹤儀通信連接，并設置測量模式為動態(tài)測量模式;

（2）設置測量線程為裝配測量狀態(tài)，在此狀態(tài)下，各測量線程立即向激光跟蹤儀服務器發(fā)出測量命令;

（3）激光跟蹤儀服務器收到測量命令后，返回測量值;

（4）在裝配測量狀態(tài)下，測量線程需進行多次測量，獲取測量點位置的均值，此數值稱為裝配測量數據;

（5）測量線程把均值發(fā)送給主線程，并設置測量線程為監(jiān)控測量狀態(tài);

（6）主線程得到多點的測量數據后，把測量數據矩陣轉換到裝配測量坐標系下，打包發(fā)送給控制系統(tǒng);

（7）控制系統(tǒng)根據測量數據作出反饋，并執(zhí)行裝配動作;

（8）測量線程在控制系統(tǒng)執(zhí)行裝配動作期間，一直處于監(jiān)控測量狀態(tài);在此狀態(tài)下，裝配測量系統(tǒng)主線程每隔一定的周期向各測量線程發(fā)出一次監(jiān)控測量命令，測量線程立即獲取當前位置數據信息，直接返回此數值，此數值稱為仿真測量數據;

（9）主線程獲取到仿真測量數據后，把數據轉發(fā)給實時仿真系統(tǒng)和裝配歷史工程系統(tǒng);

（10）裝配執(zhí)行動作結束后，如需再次獲取裝配位置數據，返回第2步;

（11）在裝配過程中，如遇到激光跟蹤儀斷光情況，如果當前線程狀態(tài)為裝配測量狀態(tài)，則停止裝配，并彈出斷光警告，待操作人員排查斷光原因后，選擇繼續(xù)裝配命令完成后續(xù)裝配;如果當前狀態(tài)為監(jiān)控測量狀態(tài)，則舍棄當前測量點數據包，繼續(xù)裝配。

4? 測量數據整理

一次裝配工作完成后，斷開各激光跟蹤儀連接，關閉各測量線程，取出裝配過程中的實時并行測量數據，以文件形式保存。

5? 結語

數字化在線測量技術在飛機裝配中的應用是數字化裝配技術發(fā)展的趨勢，具有無可估量的發(fā)展前景。我們要想在飛機裝配技術上取得長足進步就必須在這一技術領域不斷深入研究和應用，才能使我們在航空裝配技術上邁上一個新的臺階，從而使我們在國際轉包市場上的競爭力得到進一步提高。

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