韓煒

摘 要：三維激光投影定位技術(shù)已在船舶重工、汽車、高鐵和科研等領(lǐng)域被廣泛使用，在國內(nèi)航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要局限于復(fù)材鋪層定位。本文提出了一種新型飛機(jī)裝配定位技術(shù)，利用激光投影原理完成零件、緊固件孔位定位，是一種面向基于MBD技術(shù)的數(shù)字化裝配工藝方法。

關(guān)鍵詞：三維激光投影；飛機(jī)裝配；柔性；裝配定位

中圖分類號：V262.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）23-0083-02

隨著我國航空制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，對飛機(jī)裝配的成本和效率提出了更高的要求。傳統(tǒng)的裝配工裝、制孔樣板等裝配定位方法雖能滿足裝配要求，但由于飛機(jī)研制初期設(shè)計(jì)頻繁更改，導(dǎo)致大量工裝不得不進(jìn)行更改甚至報(bào)廢新制，制造成本居高不下；對于連接關(guān)系復(fù)雜、不便直接取制導(dǎo)孔的零件，傳統(tǒng)上采用畫線制孔或樣板制孔，其制孔效率低、精度差，且一旦產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)生更改，相應(yīng)的鉆孔樣板就需要重制，導(dǎo)致重復(fù)投入成本較高；同時(shí)，在裝配工作中，工裝及零件制造問題難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，裝配出現(xiàn)問題才會去復(fù)查工裝及零件，產(chǎn)品質(zhì)量問題很難預(yù)判。

近年來三維激光投影技術(shù)不斷深入開發(fā)，為發(fā)展新的飛機(jī)裝配定位工藝提供了一種全新的手段，可以在一定范圍內(nèi)解決傳統(tǒng)裝配定位方法成本高、適應(yīng)性差的問題。

1 三維激光投影定位技術(shù)

三維激光投影是通過旋轉(zhuǎn)振鏡等設(shè)備將激光束以高速掃描的形式投影到工作區(qū)域中的曲面上，由于激光束掃描移動的速率高于人眼識別的速率，人眼察覺不到激光點(diǎn)移動的變化，這樣可以利用人眼視覺暫留效應(yīng)，在待投影曲面上觀測到激光形成的完整的畫面，并且承接投影的可以是任意形狀的曲面[1]。利用三維激光投影技術(shù)，依據(jù)飛機(jī)CATIA數(shù)模以激光線條的形式將三維輪廓線投影到安裝位置，操作人員只需將該零部件實(shí)物的每條邊與所投影的激光輪廓線重合，就可以實(shí)現(xiàn)在空間6個自由度的精確定位，當(dāng)前，設(shè)備投影精度普遍可以達(dá)到±0.005in（0.13mm）。

2 技術(shù)方案

基于三維激光投影的飛機(jī)裝配定位技術(shù)，是將投影設(shè)備接入飛機(jī)產(chǎn)品（組件、部件等）坐標(biāo)系，將產(chǎn)品數(shù)模輸入到投影設(shè)備的控制計(jì)算機(jī)中，然后把需要安裝的零件、標(biāo)準(zhǔn)件以激光線條的形式投影在理論安裝位置，指導(dǎo)操作人員對照激光線條去安裝零件、制出緊固件孔，或者利用激光線條對已安裝零件進(jìn)行裝配質(zhì)量檢查，從而完成零件安裝或安裝質(zhì)量檢查。

2.1 設(shè)備連接

根據(jù)要投影的位置，檢查好激光通路不被遮擋，距離投影位置4m（根據(jù)設(shè)備性能會有不同）安放投影設(shè)備。將投影設(shè)備接電，與控制計(jì)算機(jī)用數(shù)據(jù)線連接。將產(chǎn)品數(shù)模載入控制計(jì)算機(jī)。投影設(shè)備連接如圖1所示。

2.2 激光投影柔性定位系統(tǒng)的建立

將靶標(biāo)球（至少6個）按照最大包絡(luò)原則均布在產(chǎn)品周圍，可以選擇工裝上的OTP、ERS點(diǎn)，也可選用產(chǎn)品上精確制出的孔來安裝。然后使用控制計(jì)算機(jī)的軟件，輸入6個安裝點(diǎn)的理論坐標(biāo)，控制設(shè)備依次掃描靶點(diǎn)后完成坐標(biāo)系的建立。這時(shí)，投影設(shè)備就接入了飛機(jī)產(chǎn)品坐標(biāo)系。激光投影柔性定位系統(tǒng)見圖2所示。

2.3 投影定位

（1）在零件投影定位方面，把零件數(shù)模輸入控制計(jì)算機(jī)，投影設(shè)備以激光線條的形式將零件的三維輪廓線投影到安裝位置，操作人員再將該零件實(shí)物的每條邊與所投影的激光輪廓線重合，就可以實(shí)現(xiàn)在空間6個自由度的準(zhǔn)確定位。（2）在緊固件孔位投影方面，把包含緊固件連接位置的數(shù)模輸入控制計(jì)算機(jī)，投影設(shè)備將緊固件孔位以十字線等形式的圖案投影在零件上，操作人員根據(jù)投影進(jìn)行制孔操作。（3）在裝配檢查方面，將要檢查的零組件數(shù)模輸入控制計(jì)算機(jī)，設(shè)置好裝配公差，就可以將零組件的理論安裝極限位置投影在飛機(jī)產(chǎn)品上，檢查零組件實(shí)物邊緣與投影線的位置關(guān)系即可判斷是否超差。

實(shí)際應(yīng)用情況圖3所示。

3 應(yīng)用效果

三維激光投影定位技術(shù)使“虛擬定位器”成為可能，定位方式不依賴于傳統(tǒng)硬式定位器，可以靈活應(yīng)對工程設(shè)計(jì)的變更，彰顯“柔性”特質(zhì)。該技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)裝配，有以下幾方面有益效果：

（1）在一定范圍內(nèi)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)工裝定位器，避免因設(shè)計(jì)更改導(dǎo)致的工裝更改，降低飛機(jī)制造成本。適用的零件主要是結(jié)構(gòu)小、剛性好的系統(tǒng)支架、連接角片、接頭類零件；緊固件孔限于夾層厚度不大（推薦≤5mm）時(shí)直接指導(dǎo)操作者制孔。作為一種柔性的定位方式，在產(chǎn)品零件、連接排布發(fā)生變更時(shí)，只需要將最新數(shù)模載入控制計(jì)算機(jī)重新投影即可。避免了傳統(tǒng)定位技術(shù)中，對零件定位器進(jìn)行實(shí)物更改，或報(bào)廢舊的制孔樣板按照新的連接形式制作新樣板。本技術(shù)可以大幅度縮短生產(chǎn)線貫徹設(shè)計(jì)更改的周期，顯著降低飛機(jī)制造成本。

（2）提高裝配效率。利用激光進(jìn)行投影定位，可以避免傳統(tǒng)畫線定位時(shí)操作者往復(fù)查看數(shù)模、量取并記錄尺寸，再在飛機(jī)上進(jìn)行畫線的冗長操作過程，有效提高裝配效率。根據(jù)研究試驗(yàn)，系統(tǒng)支架、角片類零件定位效率可提高60%以上。

（3）提高定位精度。系統(tǒng)支架、連接角片等零件傳統(tǒng)上采用畫線方式來定位，緊固件孔位采用畫線確定，采用本技術(shù)定位方式，研究試驗(yàn)結(jié)果顯示，定位精度由±2mm提高到誤差±0.5mm以內(nèi)。

（4）減少質(zhì)量問題。利用激光投影技術(shù)代替畫線定位，可以避免操作者發(fā)生畫線錯誤所導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題。在重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域利用激光投影進(jìn)行裝配檢查，可以預(yù)先避免質(zhì)量問題發(fā)生，例如在制孔前對搭接區(qū)域進(jìn)行孔邊距檢查，如果發(fā)現(xiàn)孔邊距有問題，可以及時(shí)調(diào)整緊固件排布，避免制孔后造成產(chǎn)品報(bào)廢。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)定位方法不同，三維激光投影定位作為一項(xiàng)新興的裝配技術(shù)，具有柔性、精確、快速、精益等特點(diǎn)，具有提升效率、防差錯和降低制造成本等效果，擁有良好的經(jīng)濟(jì)性，一次性投入成本不高。借鑒波音、空客等先進(jìn)航空制造企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，三維激光投影定位技術(shù)作為一種基于MBD技術(shù)的新式裝配定位技術(shù)，具備廣闊的推廣空間和極強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]孫佳慧.數(shù)字化定位激光3D投影技術(shù)研究[D].吉林：長春理工大學(xué)，2013.