飞机装配检验技术分析

张晓洁

摘要：传统的飞机装配采用刚性工装定位、手工制孔连接、基于模拟量传递的互换协调检验方法和分散的手工作坊式生产。自20世纪80年代以来，随着计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）技术、计算机信息技术、自动化技术和网络技术的发展，数字化技术在现代飞机制造中得到了广泛的应用，飞机制造进入了数字时代。本文就飞机装配检验技术进行了分析。

关键词：飞机装配;检验;技术

引言

受到飞机结构特点、零件及工装制造精度、装配工艺水平、检测手段、研制周期和经费等诸多因素影响，国内几大主机制造企业目前都还只是在某些点或线上形成突破，车间的布局规划分散，未形成全局的概念，相关配套软硬件设施也不能适应现代飞机生产自动化装配的需求，无法满足高新武器装备高质量、长寿命的要求。

一、检测关键特征

飞机数字化制造采用数字量进行协调，关键特征数据流贯穿飞机制造过程，关键特征的设计、提取、传递、转化、使用直接影响飞机数字化制造的质量和效率。在CAD系统中，特征被认为是某种具有形状和功能属性的信息集合，是产品制造质量关键控制要素，依据飞机典型结构件的几何及检测特点，将面向飞机结构件的检测特征进行归纳，如图1所示。

以装配单元为数据集，面向飞机装配的检测关键特征包括：定位协调基准、检测点集、特征识别物等。关键特征的设计应遵循以下原则：

（1）检测点应在具有高强度、刚性好、变形较小的结构件上选取，如加强框、梁等;（2）检测点尽量在设计分离面、工艺分离面和对接面上;（3）检测点的分布合理，具有代表性;（4）检测点具有较高的位置和几何精度，尽量与K孔、定位孔和工艺孔一致;（5）检测点位置应保证检测的可达性。

按上述规则选取关键特征点后，按检测点位、零部件成型工艺、检测误差项、刚性以及对飞机装配精度的影响等信息对关键特征点进行综合评价，并分配相应的权重系数。特征点的详细信息可结合数模进行提取。

二、表面类特征检测

飞机装配过程中，主要的表面类特征包括间隙、阶差、波纹度和气动外形，直接影响飞机的隐身性和气动特性，传统检测方法存在以下问题：

（1）间隙和阶差检测。间隙和阶差依靠塞尺测量，表面沉头孔（包括铆钉孔和螺栓孔）采用窝量规等模拟量检测，依靠工人肉眼判断，检测精度与工人经验有关，测量准确度低。

（2）波纹度和气动外形检测。采用卡板检测精度低，不能定量分析气动外形误差大小，而且卡板制造周期长，费用高，安装劳动强度大，很难实现飞机部件全部外形的测量，影响飞机制造精度。国际上先进的表面类特征的检测技术采用光学非接触式测量，如图2所示，主要包括：

（1）摄影测量。采用特定的工业相机，在不同的位置对待测物体进行拍照，再将数据传给后台计算机，通过软件对采集图像进行处理，最终得到被测物体的表面点云图，并与理论数模进行对比，实现了物体的表面尺寸检测。适用于大型部件及整机的测量，效率较高，精度在亚毫米级。

（2）白光测量。仿照人眼視觉原理，通过多个特定布置相机，利用二维光学成像重建工件的三维数学模型。适用于飞机零部件的测量，测量误差低于0.1mm。

此外，现代飞机制造向着异地协同模式发展，一些重要零件，特别是大型零部件，协调关系复杂，如大型的舱门、口盖类、翼面类零件，配合面形状复杂，通过对配合面的三维形貌扫描，预判零部件匹配程度，降低返厂返修率，保证飞机研制进度。

三、内部结构特征检测

内部结构特征包括框位、交点孔、K孔、工艺孔、关键飞行传感器支架等。由于上述特征位于机体内部，通视性较差，常规光学测量仪器很难发挥作用，可采用关节臂测量。它是一种耦合转动关节和定长臂的坐标测量系统，转动关节处设有角度编码器，用于测量转角信息，定长臂精确标定，经过系列坐标变换得到待测特征坐标向量值。

受臂长限制，关节臂通常只能完成局部零部件的检测，而飞机尺寸长达几十米，如通过关节臂自身蛙跳实现转站，误差积累相当大，影响测量精度。实际测量时，可采用激光跟踪仪或激光雷达等大范围测量工具，通过相匹配的接口（如球心），为关节臂提供全局基准，以此实现大尺度内部结构特征的检测。

四、大部件装配质量检测

飞机大部件对接采用组合测量方式，解决大尺寸空间测量精度和测量范围相互矛盾，充分发挥不同测量设备的优势。克服仅凭单一测量设备达到大范围高精度测量技术难度大、成本高的瓶颈问题，其中主流的组合方案包括室内GPS结合激光跟踪仪、室内GPS和激光雷达，优化室内GPS测量站位，测量接收器预置在关键测量特征处，实时反馈测量值，进而监控飞机大部件的位置和空间姿态。同时，结合大部件对接柔性工装控制系统，自动完成飞机部件的定位、移动、调整、对接等，实现大部件对接闭环动态引导。基于室内GPS的多任务数字量协调精度控制技术在波音787总装过程中实现了大部件自动对接应用，装配时间从几天缩短至几小时。国内采用该方法缩短了飞机大部件自动对接装配周期50%以上，自动对接误差仅为传统工艺的20%。

五、活动部件检测

活动部件包括舵面、活动舱门、起落架等，由于缺乏对待测件运动路径的有效描述，传统制造采用经验法和试配法，导致工作强度大、装配周期长，特别是传动环节多的系统，严重制约着飞机的研制进度。动态监测技术，采用多个摄像机的摄影测量系统，测量过程中，摄像机固定于工作站位，各摄像机经精确标定，组成多目摄影测量系统。飞机活动部件上设置靶标点，靶标点与活动部件同步运动，摄像机通过跟踪靶标点进而推算活动部件的运动轨迹，利于快速排查问题，提高装配效率和精度。多目摄影系统的另一个重要作用是自动加工设备的导航，通过在末端执行器上设置3个以上靶标点，可实时检测末端执行器的空间位姿，提高自动加工设备精度。

结语：

以表面类、内部结构特征、大部件对接和活动部件的装配过程质量控制为对象，阐述测量设备选型、整体测量场的构建及其应用效果，为数字化测量技术在飞机装配领域的应用提供借鉴。

参考文献：

[1]郭洪杰，冯子明，张永亮，乔兴华.以模型为核心的飞机智能化装配工艺设计[J].航空制造技术，2017（11）：64-69.

[2]张开富.飞机装配过程数字化测量技术[J].航空制造技术，2016（10）：34-40.