邱志新

摘要：機器人技術(shù)的運用，既可以使車間管理嚴(yán)格化，自動化工位得以增加，空間利用率得到了充分的優(yōu)化，又能夠保證生產(chǎn)效率與生產(chǎn)水平的提升。以航空領(lǐng)域為立足點來講，維修供應(yīng)商需要應(yīng)用機器人技術(shù)，在遵循高級安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，完成相應(yīng)的檢測、測試和修理工作，從而確保飛機安全性和穩(wěn)定性得到滿足。鑒于此，本文主要圍繞機器人技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用予以探索。

Abstract： The application of robot technology can not only make the workshop management strict， the automation station be increased， and the space utilization rate be fully optimized， but also can improve the production efficiency and production level. Based on the aviation field， maintenance suppliers need to apply robot technology and complete the corresponding testing， testing and repair work based on advanced safety standards to ensure the safety and stability of the aircraft are met. In view of this， this paper mainly focuses on the application of robot technology in aviation maintenance.

關(guān)鍵詞：機器人技術(shù);航空維修;應(yīng)用探索

Key words： robot technology;aviation maintenance;application exploration

中圖分類號：TP242;V267 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0257-03

0 ?引言

航空維修簡單而言就是將達(dá)到特定壽命周期的飛機作為主體，并在維修基地開展系統(tǒng)性維修的一種活動。其與航空制造廠飛機從無到有這一制造模式有著本質(zhì)性區(qū)別，航空維修客觀來講是集修和造為一體的綜合性的模式，通過維修使其零部件性能得以恢復(fù)是其側(cè)重點所在。近年來，在飛機數(shù)量持續(xù)增長的背景下，對維修質(zhì)量和維修周期都提出了較高的要求，傳統(tǒng)航空維修生產(chǎn)方式也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，為了更好地應(yīng)對挑戰(zhàn)，確保自身的可持續(xù)發(fā)展，許多航空維修企業(yè)也加大了探索力度。

1 ?機器人技術(shù)概述

機器人可以歸入半自助或全自助的工作機器領(lǐng)域當(dāng)中，是集現(xiàn)代化制造技術(shù)、材料技術(shù)和信息化技術(shù)為一體的智能制造產(chǎn)品[1]。通常來講，機器人可以分為基于制造環(huán)境下所應(yīng)用的工業(yè)機器人和基于非制造環(huán)境下所應(yīng)用的服務(wù)機器人兩種。就服務(wù)機器人而言，又可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境不同將其細(xì)分為為家庭或為人服務(wù)的機器人和特殊環(huán)境下的專業(yè)服務(wù)機器人。應(yīng)用在航空領(lǐng)域的機器人則屬于后者。

雖然人們對于機器人保持著極強的好奇心和想象力，但是不可否認(rèn)的是，實際機器人與人們期許的機器人狀態(tài)有很大的差別。第一，機器人是多學(xué)科體系的整合，不僅需要將硬件和軟件等各學(xué)科知識融入到其中，而且也需要依賴較大規(guī)模的研發(fā)隊伍，并投入大量的時間與精力。第二，現(xiàn)階段的工業(yè)機器人運轉(zhuǎn)環(huán)境主要以結(jié)構(gòu)化運轉(zhuǎn)環(huán)境為主，對于服務(wù)機器人來講，只能完成一些不具備難度的任務(wù)，而特種機器人的特殊項目通常需要依賴遙控才能得以完成。

2 ?航空維修的特征分析

航空維修與航空制造有很大的區(qū)別，航空維修過程中的特征主要有以下幾點：第一，航空維修過程中大部分工作都是圍繞飛機外觀缺損、表面缺陷和幾何尺寸測量等方面開展的，然而，現(xiàn)下的這些工作主要還是依賴于人工完成，這也體現(xiàn)出當(dāng)前航空維修自動化程度和工作效率低下的客觀事實，將基于機器視覺的自動檢測技術(shù)應(yīng)用到其中顯得尤為迫切。第二，品種多、小批量是航空維修零件中時長存在的問題，既不能對其進(jìn)行簡單的歸類劃分，也不能在特定方式下對其進(jìn)行批量化處理，這就使得在維修過程中需要針對單一零件進(jìn)行個性化修理，這給機器人技術(shù)柔性化程度也提出了更高的要求。第三，飛機整機拆除與除漆也是航空維修過程中遇到的難題，此過程不僅沒有囊括在飛機制造工序內(nèi)，而且其與飛機制造也有著突出的差別，在機器人技術(shù)引入過程中無法找到可以為其提供參考和借鑒的資源。第四，航空維修行業(yè)間存在利益競爭關(guān)系是不可避免的，然而，就行業(yè)鏈下游的航空維修企業(yè)來講，其在獲取產(chǎn)品數(shù)模信息等大量原始信息方面相對困難，相應(yīng)的機器人技術(shù)應(yīng)用也會受到連帶影響。

3 ?機器人技術(shù)在航空維修中的應(yīng)用

3.1 工業(yè)機器人在航空機械零件特殊修理過程中的應(yīng)用

就航空維修這一過程而言，無論是航空零件缺損部位的低熱輸入焊接等修復(fù)目標(biāo)的實現(xiàn)還是恢復(fù)表面尺寸等目標(biāo)的實現(xiàn)，都可以應(yīng)用激光熔覆技術(shù)和熱噴涂技術(shù)。然而，由于受到零件外形不同且受損部位不同等方面的影響，使得上述方法運用時存在一定的難度。而對工業(yè)機器人高度柔性化進(jìn)行充分利用則可以使上述難題得到有效的解決。如圖1、圖2所示。

3.2 機器視覺技術(shù)在零件外觀與尺寸檢測上的應(yīng)用

在圍繞某型飛機進(jìn)氣道防護柵開展維修工作時，需要對將近十萬個小孔進(jìn)行裂紋檢測，而檢測過程中則需要通過目視來完成，如圖3所示。由此可以看出，此類工作不僅任務(wù)量巨大，而且在檢測過程中也極易受到外界因素的干擾與影響，修理質(zhì)量也無法得到保障，裂紋漏檢漏修等現(xiàn)象也時有發(fā)生，進(jìn)而也會對飛機修理質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。想要使此問題得到充分且有效的解決，可以將機器視覺檢測的方式應(yīng)用到檢測過程中，在機器視覺依托下實現(xiàn)以往攝取目標(biāo)向圖像信號的轉(zhuǎn)變，并將轉(zhuǎn)換完成的圖像信號提交到圖像處理系統(tǒng)中，這樣圖像處理系統(tǒng)就會依賴于系統(tǒng)性的圖像處理技術(shù)完成對防護柵裂紋的識別，整個過程也都能實現(xiàn)自動化。

在針對橡膠零件實施檢測時，由于受到橡膠本身具有彈性等影響，所以在對其幾何尺寸進(jìn)行測量時難度較大，實施效率也相對較低。對此，可以將OGP影響測量系統(tǒng)運用到其中。此系統(tǒng)囊括了精密光學(xué)技術(shù)、先進(jìn)電子技術(shù)等多個技術(shù)在內(nèi)，可以使任何零件的影響得到清晰化、精準(zhǔn)化的展現(xiàn)，為后續(xù)測量提供精準(zhǔn)的參考依據(jù)，保證測量效果。此系統(tǒng)主要是在機器視覺和圖像處理技術(shù)結(jié)合運用下對橡膠零件予以的測量，且測量過程是非接觸式的，將其與單一點接觸系統(tǒng)對比可知，不僅其零件數(shù)據(jù)更為詳細(xì)，而且以往存在于小型橡膠零件無法準(zhǔn)確測量的問題也得到了有效的解決。

3.3 全向移動技術(shù)在飛機大部件運輸裝配中的應(yīng)用

飛機大部件運輸裝配是航空維修過程中難度較大的問題，且在運輸裝配時想要更好地與配套工裝實現(xiàn)調(diào)整與對接，還需要有充足的時間保障。對此，主要以麥克拉姆輪全向移動技術(shù)為基礎(chǔ)，對運輸裝配全向車進(jìn)行了研究與開發(fā)。就此車而言，其不僅應(yīng)用了速度伺服技術(shù)，而且也囊括了以多軸運動精確控制在內(nèi)的多項先進(jìn)技術(shù)，以此確保車輛基于平面狀態(tài)下的三自由度任意方向的精確移動。這也給航空修理廠發(fā)動機裝備和武器裝備系統(tǒng)運輸與裝配提供了重要的技術(shù)支撐，且應(yīng)用效果可觀。

4 ?機器人技術(shù)在航空維修中應(yīng)用需要突破的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 快速逆向測量技術(shù)

客觀來講，大部分工業(yè)機器人操作時，想要對機器人運動軌跡與路徑進(jìn)行計算，需要在目標(biāo)產(chǎn)品幾何外形數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上來進(jìn)行。然而，在航空維修過程中，許多上游企業(yè)會對技術(shù)進(jìn)行封鎖處理，礙于此方面的影響，不僅會導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)品原始圖紙和數(shù)字化幾何模型的缺失，而且獲取幾何外形數(shù)據(jù)信息時，也只能借助專業(yè)逆向測量設(shè)備對外形進(jìn)行逆向測繪來獲得[2]。因此，如何以快速逆向數(shù)據(jù)處理和專業(yè)編輯技術(shù)的整合為載體實現(xiàn)對合格三維數(shù)模的獲取是當(dāng)下較為關(guān)鍵的技術(shù)。

4.2 機器視覺技術(shù)

機器視覺技術(shù)是指將機器人技術(shù)與照相測量技術(shù)整合起來的一種技術(shù)形式。通過上文闡述可知，航空維修過程中存在大量的目視檢查工作，這也決定了其對于機器視覺技術(shù)需求的迫切性。從理論角度來講，所有依靠目視方式來檢查的內(nèi)容，均能借助機器視覺技術(shù)來替代，且無論是質(zhì)量還是效率方面都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目視模式。尤其對于效率方面來講，其較以往傳統(tǒng)目視方式提升是多倍的。就這一過程中涉及到的圖像處理和后續(xù)軟件開發(fā)定制而言，是構(gòu)成該項技術(shù)的核心與關(guān)鍵，對此，也要將此作為需要突破的核心。

4.3 離線編程與仿真技術(shù)

機器人執(zhí)行命令主要是靠程序來控制的，對傳統(tǒng)示教編程進(jìn)行審視可以得知，精讀不高、效率低下是其最為突出的特征，同時，在完成與目標(biāo)產(chǎn)品幾何模型數(shù)據(jù)對接任務(wù)時也存在較大難度，這都是阻礙航空定制化維修過程中應(yīng)用此項技術(shù)的重要阻礙[3]。對此，要確保機器人始終處于精確性和柔性化控制當(dāng)中，確保其與各種限制條件的契合性并順利應(yīng)用，規(guī)避有可能發(fā)生的碰撞與干涉，著重促進(jìn)編程效率的提升，因此，深入研究和應(yīng)用機器人離線編程系統(tǒng)尤為迫切。

4.4 高精度測量定位技術(shù)

整機除漆、噴漆是航空維修中的特殊過程，其工作范圍也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主流工業(yè)機器人的工作半徑，具有作業(yè)區(qū)域大等特征。同時，其對于精讀要求也較高，這是現(xiàn)有工業(yè)機器人不能達(dá)到的。鑒于此，就要借助高精度測量裝置的輔助作用，實現(xiàn)對機器人末端執(zhí)行器的有效引導(dǎo)，以此促進(jìn)運動軌跡伺服控制的實現(xiàn)[4]。從現(xiàn)階段來講，除了可以對傳統(tǒng)激光跟蹤儀予以運用外，還可以將室內(nèi)GPS進(jìn)行充分的應(yīng)用，尤其對于大尺寸測量來講，其適用性更強，一方面能夠以整體作業(yè)空間為范圍建立測量場，另一方面還能在滿足現(xiàn)場需求的基礎(chǔ)上，使機器人數(shù)量有所增長的同時減少其額外測量費用，相應(yīng)的在固定工裝投入的費用也能得到有效的控制。

5 ?結(jié)束語

航空維修與航空制造有著本質(zhì)性區(qū)別，在引進(jìn)和應(yīng)用機器人技術(shù)時，要改變以往照搬照抄、盲目求新的態(tài)度，而是應(yīng)該將既有的發(fā)展成熟的機器人技術(shù)作為探究的著重點和方向，并加大其最佳適用區(qū)域的探索，這也是拓寬機器人技術(shù)在航空維修中的深度的有效方法。從實際角度而言，雖然航空維修領(lǐng)域機器人應(yīng)用還有待發(fā)展與完善，但是近年來機器人在航空領(lǐng)域應(yīng)用獲得的良好效果與成功案例都向我們展示了其具有的光明前景。未來，航空維修市場競爭也會逐漸激烈，以先進(jìn)的機器人技術(shù)為基礎(chǔ)，促進(jìn)企業(yè)綜合實力的提升，是當(dāng)下航空維修行業(yè)的重要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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[3]鄧國智.航空維修中機器人技術(shù)的應(yīng)用方法[J].粘接，2019，40（07）：127-129.

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