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針航空復(fù)材檢測(cè)在飛機(jī)外形領(lǐng)域重要性的探索

 

飛機(jī)蒙皮是構(gòu)建飛機(jī)氣動(dòng)外形的重要組成部分，具有尺寸大、種類多、易變形、待測(cè)特征復(fù)雜等特點(diǎn)。由于直接承受空氣動(dòng)力，蒙皮零件的設(shè)計(jì)、制造和質(zhì)量檢測(cè)在飛機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程中至關(guān)重要。隨著我國(guó)航空制造領(lǐng)域的發(fā)展，依靠胎模固定蒙皮配合人工經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法已經(jīng)無(wú)法滿足飛機(jī)檢測(cè)中高精度、高可靠性要求，相應(yīng)的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)需求愈加迫切。

 

為了檢驗(yàn)產(chǎn)品是否滿足設(shè)計(jì)要求，測(cè)量是生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)代飛機(jī)為了實(shí)現(xiàn)更好的氣動(dòng)性能與隱身性能，對(duì)蒙皮外形準(zhǔn)確度提出了嚴(yán)格的要求，同時(shí)也對(duì)測(cè)量技術(shù)提出了很大的挑戰(zhàn)。

 

傳統(tǒng)測(cè)量方式

 

目前，針對(duì)飛機(jī)蒙皮零件型面的測(cè)量主要使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和胎模檢測(cè)方法等，其中三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以獲得高精度測(cè)量數(shù)據(jù)，但測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致生產(chǎn)周期大幅增加，并且需要多人配合上下料工作移動(dòng)至三坐標(biāo)測(cè)量室才能完成測(cè)量，極大的損耗人力物力。而胎模檢測(cè)法本質(zhì)上通過(guò)人工檢驗(yàn)判斷飛機(jī)蒙皮型面加工是否滿足尺寸，缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。非基礎(chǔ)式光學(xué)測(cè)量目前主要針對(duì)特征較明顯的零件，面對(duì)大體積且曲率變化較小的飛機(jī)零件測(cè)量往往通過(guò)手持式測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)。該方法雖然可以獲得零件外尺寸數(shù)據(jù)，但本質(zhì)依然是依靠人工完成測(cè)量過(guò)程。

 

 

圖1：Radian激光跟蹤儀（左）及合作靶標(biāo)（中：靶球、右：vProbe隱藏點(diǎn)測(cè)頭）

 

專用測(cè)量方法

 

航空制造企業(yè)正積極推進(jìn)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，如利用激光跟蹤儀技術(shù)快速獲取復(fù)雜型面點(diǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)蒙皮曲面的快速測(cè)量。針對(duì)蒙皮的邊緣輪廓以及整體型面，我司定制開(kāi)發(fā)了專項(xiàng)應(yīng)用，不僅改善成品的檢測(cè)工藝，也在前期模具生產(chǎn)和調(diào)試階段提供有力的測(cè)量手段。為了進(jìn)一步提高航空制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平、減小測(cè)量人員的勞動(dòng)量、提高檢測(cè)效率及數(shù)據(jù)質(zhì)量、加速航空制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)變的進(jìn)程，我司對(duì)航空零部件的精確、快速測(cè)量方法進(jìn)行了一系列探索：

  

 

圖2：飛機(jī)蒙皮切割線位置示意

 

 

圖3：vProbe隱藏點(diǎn)測(cè)頭及部分型號(hào)測(cè)針

 

1、針對(duì)蒙皮外形輪廓，可采用API品牌一代Radian型號(hào)激光跟蹤儀，結(jié)合高精度反射靶球SMR，操作人員僅需要手持靶球，采集蒙皮型面數(shù)據(jù)；

 

2、針對(duì)蒙皮邊緣輪廓和中間的切割線，即使用靶球也無(wú)法直接采集的部分，可通過(guò)使用隱藏點(diǎn)測(cè)頭測(cè)針的方式（請(qǐng)參考圖3），采集切割線位置信息；

 

3、最后在軟件中通過(guò)和理論模型通過(guò)基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)齊，快速分析出基準(zhǔn)誤差、型面變形和切割線誤差，給質(zhì)量和生產(chǎn)工藝提供可靠的改進(jìn)數(shù)據(jù)。

 

 

圖4：飛機(jī)蒙皮部件測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)及部分誤差數(shù)據(jù)

 

 

圖5：實(shí)操蒙皮部件測(cè)量點(diǎn)位/軌跡（主圖）&型面偏差（右下小圖，數(shù)據(jù)經(jīng)模糊處理）

 

該應(yīng)用主要具備以下優(yōu)勢(shì)：

 

①  高精度測(cè)量調(diào)裝

 

API品牌的Radian系列激光跟蹤儀，以其超高的精度（μm，0.001mm），可充分滿足大型生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量調(diào)試，復(fù)雜環(huán)境下也可滿足100μm的測(cè)量要求；配合Autolock自動(dòng)接光系統(tǒng)為用戶提供更靈活、友好的測(cè)量手段。

 

 

圖6：高精度調(diào)裝&模具實(shí)時(shí)調(diào)整

 

②  測(cè)量環(huán)境不受限制

 

高度集成一體化設(shè)計(jì)，且具備直徑100米測(cè)量范圍的Radian Core，不論是在測(cè)量工位還是直接外出到客戶現(xiàn)場(chǎng)上進(jìn)行調(diào)裝測(cè)量，只需將設(shè)備穩(wěn)定架設(shè)，不用擔(dān)心距離受限或工件過(guò)大引起的無(wú)法測(cè)量問(wèn)題，操作者僅手持高精度反射靶球以1000點(diǎn)/秒的速率采集數(shù)據(jù)即可。

 

③  Autolock自動(dòng)接光系統(tǒng)

 

一次定位，可測(cè)量所要求的所有尺寸。Radian激光跟蹤儀集成有智能攝像頭，通過(guò)其Autolock功能，即可實(shí)現(xiàn)在靶球移動(dòng)到下一個(gè)孔位置自動(dòng)搜索并快速鎖定靶球，使測(cè)量作業(yè)保持流暢，讓操作者將精力集中在測(cè)量作業(yè)本身。

 

④  模具實(shí)時(shí)調(diào)整

 

不僅可以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，也可以通過(guò)不良品反向推導(dǎo)模具加工工藝問(wèn)題，實(shí)時(shí)對(duì)模具進(jìn)行調(diào)整。從根源上解決不良品問(wèn)題。