劉松松

（航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，西安 710089）

0 引言

近些年我國(guó)航空產(chǎn)品制造業(yè)快速發(fā)展，我國(guó)航空工業(yè)發(fā)展迅速。未來20年將增加價(jià)值高達(dá)2130億美元的2600多架飛機(jī)。在產(chǎn)能提升的同時(shí)對(duì)航空產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)提出進(jìn)一步的要求1。航空產(chǎn)品中的機(jī)械加工產(chǎn)品種類多，需要控制的尺寸多，測(cè)量精度要求高。CMM 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光跟蹤儀、關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x、激光掃描儀、照相測(cè)量等先進(jìn)的產(chǎn)品測(cè)量?jī)x器得到廣泛的應(yīng)用。本文就關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x在機(jī)械加工產(chǎn)品中的應(yīng)用進(jìn)行分析介紹。

1 關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理介紹

現(xiàn)有的關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x，生產(chǎn)廠家主要為的美國(guó)FARO 公司、瑞典的HEXAGON 公司。關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是可移動(dòng)式的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。根據(jù)仿生學(xué)原理，以角度基準(zhǔn)取代長(zhǎng)度基準(zhǔn)，關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x將若干桿件和一個(gè)測(cè)頭通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)連接，一端固定，另一端（測(cè)頭部位）可在空間自由運(yùn)動(dòng)，測(cè)頭一般為硬測(cè)頭或觸發(fā)測(cè)頭，測(cè)頭可在人手牽引下到達(dá)測(cè)量范圍內(nèi)的任何指定位置進(jìn)行測(cè)量。

關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過程中的優(yōu)點(diǎn)：

（1）有很好的便攜性、靈活性，可以很好的適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件。（2）基于CATIAV5軟件的數(shù)字模型無需設(shè)計(jì)計(jì)量路徑點(diǎn)位，可以節(jié)省基于數(shù)模的理論數(shù)據(jù)提取時(shí)間。（3）可對(duì)被測(cè)要素進(jìn)行快速靈活的重復(fù)測(cè)量，不需要進(jìn)行測(cè)量程序調(diào)整。（4）可以對(duì)同一項(xiàng)零件不同類型的設(shè)計(jì)尺寸用同一種設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。（5）設(shè)備本身支持測(cè)量程序編制可以進(jìn)行同類零件的重復(fù)測(cè)量。

2 關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x實(shí)際應(yīng)用典型場(chǎng)景的使用方法

2.1 零件復(fù)雜槽腔輪廓度的測(cè)量：

在航空產(chǎn)品中例如接頭類零件（見圖1所示）槽腔尺寸要求嚴(yán)格且寬度窄，此槽腔需要裝配其他與之配合的零件。在此位置的輪廓度測(cè)量不易用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)現(xiàn)。三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x由于零件槽腔的寬度很窄，測(cè)量過程中極易發(fā)生三坐標(biāo)測(cè)量桿與槽腔內(nèi)壁發(fā)生碰撞的情況。利用關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x有兩種解決辦法：

圖1 槽腔示意圖

（1）用傳統(tǒng)的接觸式測(cè)頭直接測(cè)量，關(guān)節(jié)臂測(cè)頭由人工手持進(jìn)行測(cè)量可以進(jìn)行多角度的測(cè)量可以避免設(shè)備與零件的碰撞。（2）利用關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x的掃描功能可以對(duì)槽腔被測(cè)部位進(jìn)行直接掃描獲取點(diǎn)位信息，然后再進(jìn)行零件理論形面的分析。由于光線延直線傳播，只要被測(cè)面不受其他部位遮擋且在測(cè)量范圍內(nèi)均可被測(cè)量。

2.2 套料零件型面的測(cè)量的應(yīng)用：

對(duì)在一塊板料上加工的多個(gè)同種零件，單獨(dú)對(duì)每個(gè)進(jìn)行測(cè)量需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。現(xiàn)提供一種對(duì)同一板料上多個(gè)零件的測(cè)量方法：

（1）首先建立一個(gè)零件與MBD 數(shù)模進(jìn)行對(duì)齊的測(cè)量坐標(biāo)系，匹配后進(jìn)行測(cè)量以及零件數(shù)據(jù)分析。（2）依據(jù)加工過程中套料加工過程刀具偏置數(shù)據(jù)建立其他套料加工零件的坐標(biāo)系，并進(jìn)行各個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集。（3）在對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系下進(jìn)行零件數(shù)據(jù)分析，分析過程可以利用對(duì)坐標(biāo)系的平移旋轉(zhuǎn)來消除刀具偏置導(dǎo)致的測(cè)量誤差。（4）按照（2）～（3）的流程對(duì)其他零件進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

注意：各個(gè)零件的測(cè)量坐標(biāo)系建立過程需保證：坐標(biāo)系的平移旋轉(zhuǎn)均在建立的第一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系下進(jìn)行。同一種零件可以使用同一套測(cè)量程序?qū)α慵M(jìn)行重復(fù)測(cè)量。

2.3 對(duì)大型壁板類零件測(cè)量的應(yīng)用：

飛機(jī)生產(chǎn)過程中大型壁板類零件與蒙皮配合的型面設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的理論外形要求，零件由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或者是激光跟蹤儀不易對(duì)零件整個(gè)型面進(jìn)行完整的測(cè)量。激光跟蹤儀測(cè)量型面過程中，端頭位置以及部分立筋遮擋激光路線的區(qū)域無法用移動(dòng)靶球?qū)Ρ粶y(cè)型面進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于這種特殊的應(yīng)用場(chǎng)景現(xiàn)提出一種解決辦法：

（1）將激光跟蹤儀校準(zhǔn)后通過選取基準(zhǔn)點(diǎn)建立與理論數(shù)模對(duì)齊的測(cè)量坐標(biāo)系。（2）利用SA（Spatial Analyzer）軟件或者PolyWorks 軟件添加關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x。同樣利用關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x和激光跟蹤儀同時(shí)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量建立統(tǒng)一的坐標(biāo)系。（3）同時(shí)利用激光跟蹤儀器和關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保進(jìn)行了完整的數(shù)據(jù)采集。（4）在統(tǒng)一的一個(gè)坐標(biāo)系下對(duì)零件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

注意：對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)因量程不足的情況也可以用同樣的思路對(duì)零件進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量。

3 結(jié)束語

隨著機(jī)械產(chǎn)品加工過程基于MBD 數(shù)模數(shù)字化推廣，與之配套的檢測(cè)方式也會(huì)隨之改變。關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x以及其他數(shù)字化測(cè)量設(shè)備在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)用是一個(gè)值得關(guān)注的研究方向。

復(fù)雜槽腔零件的理論外形檢測(cè)、套料加工的零件以及大型壁板類零件可以用關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。通過關(guān)節(jié)臂測(cè)量?jī)x的使用可以有效的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)并提供產(chǎn)品的實(shí)際加工數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步用產(chǎn)品的加工優(yōu)化或最終尺寸分析。