数字化测量技术在飞机制造中应用

数字化测量技术在飞机制造中应用

石野，金凡深

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨市150060

摘要：将数字化技术应用于现代飞机制造中，可以更加高效地对产品特性进行提取，有利于装配误差的减少，亦可实现对检验点设置的优化，本文对数字化测量、数字化信息处理以及智能集成技术在现代飞机制造中的应用展开研究，今后，这些技术必将对整个飞机工业的变革以及航空工业的创新产生强有力的推动作用。

关键词：数字化测量；飞机制造；应用

前言

为提高飞机部件数字化定位的整体精度，降低定位过程中的系统内力,提出一种测量点的优选和构造算法，以固连在飞机部件上的测量点的位置坐标及其公差作为输入条件，分析测量点的位置偏离状态，对测量点进行优选，并对优选测量点进行匹配构造，使构造点处于其理论点的公差盒内，并使构造点与理论点的偏差平方和最小，以实现飞机部件的准确定位。
1、数字化检测技术的概念

数字化检测技术是对目标物的形态、温度、速度进行测量分析，并以数字化的形式展现出来。在社会经济、信息技术飞速发展的时代背景下，测量设备逐渐向着智能化、人性化、信息化的方向发展，使得数字化测量技术的应用范围进一步扩大。数字化技术综合运用数字化建模、数字化仿真、模拟工程设计等多种技术手段，对目标物的各项数据进行测试分析，从而发现目标物运作过程中的缺陷与不足，制定并实施科学有效的改善措施。

二 数字化测量系统组成及工作原理

2.1激光测量系统的组成

以激光雷达测量系统为例介绍激光测量系统的原理和特点。激光雷达是新型的大型三坐标测量设备，与传统非接触测量设备相比，其测量范围广、精度高，可实现大尺寸、远距离、高精度的自动化测量。硬件包括雷达主机、控制器、UPS电源和移动计算机工作站；软件为SA（SpatialAnalyzer）。

2.2激光雷达测量原理

激光雷达运用频率雷达测距技术和红外线高精度瞄准镜，通过角度和距离信息，计算被测点的正确三维位置。激光雷达使用球坐标测量系统，利用高精度反射镜和红外激光光束测量3个物理量：方位角、俯仰角和距离。通过2个编码器测量方位角和俯仰角，利用调频相干激光雷达技术测量距离，最后根据球形坐标系和笛卡尔坐标系的转换得出被测点的坐标。激光器发出两束激光，一束射到被测工件表面并返回到激光器内部；另一束射向内部校准光纤。当接收器接收到返回的信号后，混频器比较出两束激光的频率差，进而得出两束激光的时间差，再根据时间与距离的关系便可计算出激光测量系统与被测点之间的绝对距离。最终，得到以激光雷达位置为原点的相对坐标系的三维坐标。

三、数字化检测技术在飞机制造中的应用

如今，数字化检测技术在飞机制造中得到了广泛的普及与应用，具体表现在工作型面测量、安装孔位测量、刻线测量等多个方面，具体内容如下所示：

（一）在工作型面测量中的应用

数字化检测技术在工作型面测量中的应用主要表现在两个方面：一个是典型工装模具工作型面测量；另一个是复合材料件工作型面。具体的测量方法如下所示：

三坐标测量机的测量精度是0.004～0.006mm，激光扫描仪的测量精度是0.02～0.03mm，按照测量工作的“1/4原则”，如果公差要求低于0.05毫米，那么就需要使用三坐标测量机；如果公差要求高于0.05毫米低于0.1毫米，那么就使用激光跟踪仪或者激光扫描仪。在飞机生产与制造过程中，成型模具、定型模具工作型面的测量精度要求都比较高，而且经常处于移动状态，因此应该使用三坐标测量机，按照测量数模处理、坐标系建立、触测结果输出的检测流程，进而得到全面、完善的检测数据。

复合材料产品工作型面的测量方案主要受到两种因素的影响：首先是飞机复合材料的工作型面有测量基准时，应该使用三坐标测量机、激光跟踪仪进行测量；如果复合材料没有测量基准，则使用激光扫描仪进行测量；然后是飞机复合材料的公差要求，当公差要求低于0.05毫米时，应该使用三坐标测量机；当公差要求高于0.05毫米时，应该使用激光扫描仪进行测量。由此可以看出，数字化检测技术在飞机生产制造中的应用方法多种多样，工作人员应该根据实际情况以及生产要求，选择合适的测量方法。

（二）在安装孔位测量中的应用

在飞机生产制造过程中，工装模具的孔位测量是必不可少的一部分，需要根据孔位位置选择不同的测量方案，数字化检测技术能够凸显智能化、多样化、精准化的优势特征，发挥出相应的职能作用。如果孔位位于成型模具、定型模具、胶接夹具上，通常使用三坐标测量机对孔位进行测量分析；如果孔位位于装配工装、检验工装上时，通常使用激光跟踪机来测量孔位。在实际操作过程中，使用三坐标测量机测量孔位时，由于孔位和测量杆之间的角度关系，难免会出现干涉问题，也就是测量杆与孔壁发生碰撞问题，为了避免这种局面，一般使用“半圆测量法”、“插销测量法”。前者指的是通过测量孔壁的一半，进而核算出整个孔壁的数据，所有测量接触位置都落在无干涉区域内，从而提高测量数据的精准性和可靠性。“插销测量法”指的是在孔径内插入一个完美衔接的销子，通过测量销子的位置点，进而核算出孔壁的相关数据。使用激光跟踪仪来测量孔位时，一般使用“双点测量法”，也就是两点确定一条直线，测量孔位轴线方向上任意两点的数据，进而核算出孔位的详细数据，并以数字形式展现出来。

（三）在刻线测量中的应用

在飞机复合材料加工过程中，经常用到工装上的各种刻线，如十字交叉线、样板线、切割线等等，刻线的位置与复合材料的加工精度有着不可忽视的影响，而过去的测量方法以人工测量为主，不仅效率低下，而且很容易出现测量错误的问题，给复合材料加工造成了很大的不利影响。如今数字化检测技术已经相当成熟，并且在飞机生产制造中得到了广泛的普及与应用。如果复合材料加工对精度要求不高（>0.1mm），一般使用触测式测头进行测量，也就是在数模刻线上选择多个测量点，使用接触式测头对待测点进行测量，从而计算出测头和刻线之间的相对位置关系；如果对刻线的精度要求比较高（<0.1mm），那么在测量时应该建立一个测量坐标系，使用光学影响测头对刻线位置进行测量，快速生成刻线偏差值数据。

结语

飞机数字化制造可以在很大程度上将飞机的高科技含金量体现出来，它是数字化技术与飞机制造工程有机结合的应用。今后，数字化技术必将会在飞机制造的更多环节得到更为广泛的应用，与信息技术的迅猛发展以及计算机处理能力的日益强化相伴随，数字化技术势必会在更大程度上推动飞机工业变革，发挥出对航空工业创新更加突出的引领作用。

参考文献：

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