韓志仁 ， 李子牮 ， 彩 輝

（1.航空制造工藝數(shù)字化國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室， 沈陽 110136；2.沈陽航空航天大學(xué)航空宇航工程學(xué)部， 沈陽 110136；3.中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，沈陽 110850）

在航空數(shù)字化制造環(huán)境下，飛機(jī)結(jié)構(gòu)中機(jī)加件不斷增加，而且這些機(jī)加件一般采用數(shù)控加工的方法制造，檢驗(yàn)采用三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行測量[1]。檢測前需要導(dǎo)入零件CATIA數(shù)模外形面上點(diǎn)的坐標(biāo)和法矢值，通過獲得的測量點(diǎn)、法矢規(guī)劃測量路徑和測量位置，進(jìn)行檢驗(yàn)。我國航空發(fā)展速度快，新型號(hào)投入多，數(shù)字化測量的工作量大。

數(shù)字化制造中數(shù)字化設(shè)備加工得到的零件優(yōu)先使用數(shù)字化的測量設(shè)備[2]。加工后的零件在測量設(shè)備中定位，并通過零件上的基準(zhǔn)將零件的坐標(biāo)系與測量坐標(biāo)系擬合在一起，然后通過數(shù)字化測量設(shè)備可以得到一些離散點(diǎn)的坐標(biāo)。這些測量點(diǎn)的坐標(biāo)是檢驗(yàn)零件的原始數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)布點(diǎn)方式的缺點(diǎn)如下：

（1）由于CATIA部分功能的局限性，傳統(tǒng)方式生成零件上的測量點(diǎn)存在著很大的難度，工藝員需要做大量的中間輔助工作。

（2）布點(diǎn)過程中摻雜了過多的人為因素（點(diǎn)位的控制、點(diǎn)的數(shù)量等），使得后續(xù)輸出的測量數(shù)據(jù)不能完全滿足測量儀要求而導(dǎo)致測量準(zhǔn)確性下降。

（3）采用傳統(tǒng)的測量點(diǎn)生成方式，工藝員每次操作只能生成單個(gè)點(diǎn)，對(duì)于外形面復(fù)雜多變且尺寸巨大的零件（框類、壁板類等），需要重復(fù)上百甚至上千次這種技術(shù)含量極低的工作而且消耗大量時(shí)間，從而嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度和后續(xù)的測量進(jìn)度。

在手工輸出測量數(shù)據(jù)過程中，由于耗時(shí)長不能保證工作的連貫性，很容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，比如法矢出錯(cuò)會(huì)造成測量儀探測頭的探針的損壞。

測量數(shù)據(jù)布點(diǎn)非常煩瑣，手工布點(diǎn)效率低，容易出現(xiàn)漏布和布點(diǎn)不規(guī)范。為了實(shí)現(xiàn)快速布點(diǎn)功能，提高布點(diǎn)效率，提高測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性，保證測量精度，有必要開發(fā)按工藝要求針對(duì)模型檢測快速布點(diǎn)的軟件。

圖1 軟件原理圖Fig.1 Principle diagram of the software

布點(diǎn)系統(tǒng)

快速布點(diǎn)系統(tǒng)主要的作用是輔助工藝人員快速布置測量點(diǎn)和獲取測量點(diǎn)信息。在飛機(jī)的梁、框、壁板、翼肋等曲面上快速、準(zhǔn)確地生成測量點(diǎn)，并自動(dòng)生成法矢、測量簡圖和測量數(shù)據(jù)。軟件原理如圖1所示。

關(guān)鍵技術(shù)研究

工藝員在CATIA平臺(tái)通過選取零部件簡單特征實(shí)現(xiàn)測量點(diǎn)的快速生成[3-6]。系統(tǒng)開發(fā)采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，按照結(jié)構(gòu)化程序的思想，飛機(jī)主要機(jī)加件梁、框、壁板、翼肋、曲面等都需要測量和檢驗(yàn)，成形模具的型面也需要進(jìn)行測量和檢驗(yàn)。本文以框類零件為例說明測量點(diǎn)快速布點(diǎn)技術(shù)?？蝾惲慵砻娣譃閭?cè)面內(nèi)型面、腹板面、加強(qiáng)筋。框類零件布點(diǎn)可分為內(nèi)測量、腹板、筋條3部分?？傮w操作流程如圖2所示。

圖2 總體操作流程圖Fig.2 Overall operation flow chart

1 側(cè)面布點(diǎn)

傳統(tǒng)操作中工藝員手工生成檢測點(diǎn)需要進(jìn)行以下幾個(gè)方面：選擇準(zhǔn)線并等分、提取零件側(cè)面、做交線、做交點(diǎn)、判斷點(diǎn)的位置。這幾個(gè)方面都需要大量重復(fù)手工操作。

通過側(cè)面布點(diǎn)模塊進(jìn)行布點(diǎn)時(shí)，按照工藝要求內(nèi)外側(cè)形面間隔值取點(diǎn)，在形面上取兩排點(diǎn)，工藝員需要選擇側(cè)面邊線、零件側(cè)面，然后定制間隔值。拾取的側(cè)面邊線生成與零件側(cè)面垂直的參考平面，通過制定的間隔值平移參考平面并與零件側(cè)面相交得出交線，在交線上生成測點(diǎn)，如圖3～4所示。詳細(xì)流程如圖5所示。

2 腹板槽布點(diǎn)

工藝人員在對(duì)零件腹板槽檢測時(shí)，需要按照指定要求在零件腹板槽上設(shè)計(jì)檢測點(diǎn)。檢測點(diǎn)的生成不僅要符合檢測要求，還需要按照設(shè)計(jì)要求在結(jié)構(gòu)樹上生成對(duì)應(yīng)的檢測點(diǎn)幾何圖形集。這些都需要大量的手工操作。

通過加強(qiáng)筋面布點(diǎn)模塊布點(diǎn)時(shí)，根據(jù)腹板每個(gè)槽內(nèi)取3個(gè)點(diǎn)（腹板面為平面或曲面）的工藝要求。工藝人員通過簡單的CATIA拾取腹板槽面，通過拾取腹板槽面找到腹板槽面形心然后以形心為圓心做圓并向腹板槽面投影。在投影圓周上可直接生成檢測點(diǎn)，如圖6～7所示。

考慮到所選擇腹板面平面和曲面的差異，根據(jù)結(jié)構(gòu)化程序的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了腹板槽布點(diǎn)的算法，算法詳細(xì)流程如圖8所示。

圖3 側(cè)面布點(diǎn)界面Fig.3 Interface of arranging measurement point on the side

圖4 側(cè)面布點(diǎn)實(shí)例Fig.4 Instance of arranging measurement point on the side

圖5 零件側(cè)面布點(diǎn)流程Fig.5 Flow of arranging measurementpoint on the side

圖6 腹板槽布點(diǎn)界面Fig.6 Interface of arranging measurement point on the web slot

圖7 腹板槽布點(diǎn)實(shí)例Fig.7 Instance of arranging measurement point on the web slot

圖8 腹板槽布點(diǎn)流程Fig.8 Flow of arranging measurement point on the web slot

圖9 加強(qiáng)筋側(cè)面布點(diǎn)界面Fig.9 Interface of arranging measurement point on the side of stiffener

圖10 加強(qiáng)筋側(cè)面布點(diǎn)實(shí)例Fig.10 Instance of arranging measurement point on the side of stiffener

圖11 加強(qiáng)筋側(cè)面布點(diǎn)流程Fig.11 Flow of arranging measurement point on the side of stiffener

3 加強(qiáng)筋側(cè)面布點(diǎn)

由于MBD模型加強(qiáng)筋側(cè)面一般為較為規(guī)則平面或曲面，情況與側(cè)面布點(diǎn)類似。按照加強(qiáng)筋在單側(cè)面取點(diǎn)的原則，通過加強(qiáng)筋布點(diǎn)模塊進(jìn)行布點(diǎn)時(shí)，工藝人員需要拾取參考面、加強(qiáng)筋面，制定偏移距離，通過制定的偏移距離平移參考面與加強(qiáng)筋面相交，在生成的交線上生成檢測點(diǎn)，如圖9～10所示。詳細(xì)算法流程如圖11所示。

4 應(yīng)用實(shí)例

以基于MBD 的某型號(hào)飛機(jī)的機(jī)身數(shù)模為例，介紹快速布點(diǎn)過程。先拾取幾何元素，設(shè)置需要元素?cái)?shù)值，即可快速生成檢測點(diǎn)。

用基于CATIA/CAA二次開發(fā)技術(shù)，通過快速布點(diǎn)模塊生成大量點(diǎn)，直接獲取到每個(gè)點(diǎn)位相對(duì)于當(dāng)前坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)信息，并按規(guī)定要求生成TXT數(shù)據(jù)文件和測量簡圖。檢測點(diǎn)、測量簡圖生成和測量數(shù)據(jù)輸出，如圖12～14所示。

圖12 快速生成檢測點(diǎn)實(shí)例Fig.12 Instance of rapidly generating measurement point

圖13 測量簡圖生成Fig.13 Generation of measuring diagram

圖14 測量數(shù)據(jù)輸出Fig.14 Output of the measured data

結(jié)論

通過對(duì)基于MBD模型的快速布點(diǎn)生成技術(shù)研究，解決實(shí)際生產(chǎn)過程中工藝設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)部門在MBD模型檢測使用中檢測點(diǎn)統(tǒng)一快速大量生成的問題。以CAA/CATIA為平臺(tái)，建立了檢測點(diǎn)快速生成軟件。通過對(duì)零件進(jìn)行分類，總結(jié)布點(diǎn)規(guī)律和測量要求，實(shí)現(xiàn)了以批量方式在零件表面上快速生成測量點(diǎn)，并生成檢測點(diǎn)信息文檔功能，實(shí)現(xiàn)了零件側(cè)面布點(diǎn)、腹板槽布點(diǎn)、加強(qiáng)筋側(cè)面布點(diǎn)等功能，在很大程度上提高了飛機(jī)制造的效率。

[1]朱正德.三坐標(biāo)測量機(jī)的矢量檢測功能及其應(yīng)用 [J].金屬加工， 2003， 37(11):56-57.

ZHU Zhengde. The vector detection function and application of the three coordinate measuring machine[J]. Machinist Metal Cutting, 2003,37(11):56-57.

[2]韓志仁，耿煦.基于MBD 的三坐標(biāo)測量檢驗(yàn)技術(shù)研究[D]. 沈陽：沈陽航空航天大學(xué)， 2013.

HAN Zhiren, GENG Xu. A study on the technology of three-coordinate measurement and inspection based on MBD [D]. Shenyang:Shenyang Aerospace University, 2013.

[3]Dassault Systemes. CAA V5 encyclopaedia[M]. Paris: Dassault Systemes， 2000.

[4]袁其源，雷玉勇，熊佳，等. 基于專家系統(tǒng)的CATIA二次技術(shù)[J]. 機(jī)械與電子，2007(9): 12-14.

YUAN Qiyuan, LEI Yuyong, XIONG Jia,et al. Re-developing technology of CATIA based on expert system [J]. Machinery & Electronics,2007(9): 12-14.

[5]鄧學(xué)雄. 現(xiàn)代CAD技術(shù)的發(fā)展特征[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2001(3): 8-13.

DENG Xuexiong. The development characteristics in modern CAD technology[J].Journal of Engineering Graphics, 2001(3): 8-13.

[6]凌堅(jiān),隋成華. 基于組件結(jié)構(gòu)的軟件二次開發(fā)接口的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程,2002(2): 107-110.

LING Jian, SUI Chenghua. Design and implementation of the interface for further development based on component [J]. Computer Engineering, 2002(2): 107-110.