張雙雙

摘 要：飛機裝配是飛機制造中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。隨著數(shù)字化裝配技術(shù)在裝配過程中的應(yīng)用，飛機裝配精度不斷提高，給裝配檢測技術(shù)提出更高的要求。裝配過程中迫切需要一種更加便捷、準確的測量方式檢測飛機裝配偏差。文章旨在介紹逆向掃描技術(shù)在飛機裝配過程中的應(yīng)用。使用掃描設(shè)備對變形曲面及基準進行數(shù)據(jù)采集，然后基于CATIA軟件對掃描數(shù)據(jù)進行處理。在裝配狀態(tài)下通過空間平移和裝配約束使掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)重合。對兩者進行偏差分析，探究變形曲面變形分布，為飛機裝配提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：裝配檢測；裝配偏差；逆向掃描技術(shù)；偏差分析

中圖分類號：V262 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）26-0019-02

1 概述

隨著數(shù)字化技術(shù)的提高，基于MBD技術(shù)的全三維數(shù)模制造已經(jīng)應(yīng)用于飛機設(shè)計生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。飛機零部件的設(shè)計、制造實現(xiàn)了從二維圖紙到三維數(shù)模的轉(zhuǎn)變，尺寸鏈由模擬量到數(shù)字量的信息傳遞。零件、工裝制造精度的提高使飛機精確化裝配成為現(xiàn)實。當前，受裝配工藝和裝配技術(shù)的限制，飛機部總裝主要依據(jù)裝配型架卡板和定位器進行定位，通過前期制造留有余量后期修配完成裝配過程。受零部件制造誤差、工裝誤差以及裝配過程誤差等因素影響，飛機裝配誤差會引起蒙皮曲面變形。為確定變形量是否影響飛機的氣動外形，需對裝配狀態(tài)下蒙皮曲面進行數(shù)據(jù)采集，并對采集數(shù)據(jù)進行分析。為此，可通過逆向技術(shù)，掃描變形處采集點云信息，通過CATIA軟件構(gòu)建實際曲面，并與理論曲面進行空間對比進行偏差分析，為指導(dǎo)后續(xù)裝配過程提供數(shù)據(jù)支持。

2 逆向技術(shù)及使用設(shè)備介紹

逆向技術(shù)作為一項由現(xiàn)有實物和模型反求零件CAD模型的技術(shù)，在新產(chǎn)品的改型和仿制、數(shù)字化模型的檢測以及破損零件的修復(fù)方面展示了巨大的優(yōu)勢。通過掃描設(shè)備獲取點云信息，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)重新構(gòu)建實物模型，省去了實物反復(fù)加工過程，降低了產(chǎn)品研發(fā)成本，縮短了產(chǎn)品設(shè)計研制的周期。使用掃描設(shè)備對實物進行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行CAD實體構(gòu)建，并用來零件生產(chǎn)或者產(chǎn)品數(shù)據(jù)檢測。

其中數(shù)據(jù)采集是逆向技術(shù)的基礎(chǔ)，采集數(shù)據(jù)的好壞直接影響到后期曲面成型質(zhì)量、精度以及曲面重構(gòu)的效率。本文采用的掃描設(shè)備為Creaform公司手持式三維激光掃描Handyscan。

該設(shè)備具有操作簡便、攜帶便捷等特點，采用采用激光三角測距法[1]，能夠快速采集零件表面信息。下端十字激光發(fā)射口發(fā)出激光，由兩側(cè)鏡頭接收反射回來的激光獲得掃描數(shù)據(jù)。鏡頭四周是四個LED發(fā)光點，用來屏蔽外界光線干擾。掃描之前，首先要在被掃描物體表面粘貼定位點。根據(jù)曲度的不同，定位點成不規(guī)則排列。掃描儀獲取定位點的空間信息作為數(shù)據(jù)采集的坐標系。定位點采集完成后，可以通過翻轉(zhuǎn)、移動零件相對位置完成數(shù)據(jù)采集[2]。

3 數(shù)據(jù)構(gòu)建及對比

在掃描之前，首先要確定定位基準，為后期數(shù)據(jù)分析做準備。定位基準的準確性后期數(shù)據(jù)分析是否有效?？紤]到裝配過程存在誤差，定位基準最好選用重要的框平面或裝配基準。為方便數(shù)據(jù)采集，基準要靠近掃描曲面。本次掃描數(shù)據(jù)選用某框的三個相互垂直的面作為定位基準，并對曲面信息進行掃描。

利用CATIA軟件數(shù)字曲面編輯器模塊（Digitized Shape Editor）和快速曲面構(gòu)建模塊（Quick Surface Reconstruction）對掃描數(shù)據(jù)進行曲面構(gòu)建。原始數(shù)據(jù)比較粗糙，存在多余的點云，構(gòu)造之前需要將數(shù)據(jù)進行處理。掃描分為三部分，兩側(cè)的蒙皮曲面和中間的定位基準。需要分別構(gòu)建，并依據(jù)生成的定位基準與理論曲面進行對比。其兩側(cè)曲面和定位基準，如圖1所示。以該曲面附近某框平面作為定位基準。考慮到掃描數(shù)據(jù)及零件裝配中存在誤差，在和理論數(shù)據(jù)重合過程中可能存在偏差，選用的多個掃描面作為定位基準，對比時可以根據(jù)需要進行調(diào)整。

因掃描數(shù)據(jù)坐標系與理論曲面坐標系不同，想要兩組數(shù)據(jù)能夠?qū)Ρ?，需要將理論?shù)據(jù)與采集數(shù)據(jù)放在同一個裝配文件下，通過移動、約束等命令將兩組數(shù)據(jù)大致靠近。然后依據(jù)掃描數(shù)據(jù)的定位基準與理論數(shù)據(jù)重合進行對比。首先通過接觸約束將兩組數(shù)據(jù)靠近到一起，然后使用自由移動命令更改掃描數(shù)據(jù)的空間姿態(tài)，使掃描數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)大體吻合，最后通過定位基準進行準確定位。

定位完成后就可以對兩組數(shù)據(jù)進行空間對比，確定蒙皮曲面變形量。需要對兩側(cè)數(shù)據(jù)分別進對比分析。選用理論曲面作為基準面，分別進行對比。其結(jié)果如圖2所示。

對比結(jié)果分析：右側(cè)進氣道曲面上部轉(zhuǎn)變處偏差較大，偏差量在2～3mm之間。其余部分偏差主要分布在1～2mm，偏差量絕對值在1～2mm之間的約為40%，左側(cè)曲面變形量較小，偏差主要分布在±1之間，約占78%，僅下部未下部分有較大變形。

4 結(jié)束語

基于逆向技術(shù)的數(shù)據(jù)采集可以對飛機裝配過程中曲面偏差進行定量對比分析。在數(shù)據(jù)掃描前，首先要選好掃描數(shù)據(jù)空間基準。掃描完成后，通過軟件建模形成裝配狀態(tài)下蒙皮曲面。在裝配狀態(tài)下通過空間位移約束等手段，與理論數(shù)據(jù)進行對比，可快速獲得曲面變形的數(shù)據(jù)云圖，為后續(xù)裝配提供數(shù)據(jù)支持。隨著裝配技術(shù)和裝配工藝的提高，數(shù)字化裝配技術(shù)、自動鉆鉚技術(shù)、柔性工裝等的應(yīng)用，給裝配檢測技術(shù)提出更高的要求，迫切需要一種更加便捷、準確的檢測技術(shù)。逆向技術(shù)能夠快速、獲取大量點云數(shù)據(jù)，形成曲面片，在飛機檢測技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]唐圣彪，屠大維.激光同步掃描三角測距成像系統(tǒng)的理論分析[J].光電子·激光，2001（6）.

[2]劉勝蘭，羅志光，譚高山，等.飛機復(fù)雜裝配部件三維數(shù)字化綜合測量與評估方法[J].航空學報，2013（1）.

[3]王志宏.復(fù)雜零件在裝配模塊下的擬合方法[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015（35）：93-94.endprint