王偉 屈志陽(yáng)

中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司 陜西 西安 710089

引言

為提升飛機(jī)制造和產(chǎn)品裝配工藝，在飛機(jī)整機(jī)裝配過(guò)程中大多采用先進(jìn)的數(shù)字化、智能化裝配對(duì)接技術(shù)。數(shù)字化裝配生產(chǎn)線中主要部件是對(duì)接調(diào)姿系統(tǒng)，在對(duì)接調(diào)姿中采用先進(jìn)的數(shù)字化定位器，用于保證飛機(jī)各部件對(duì)接時(shí)姿態(tài)、位置的準(zhǔn)確性[1]。數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)出自于數(shù)控原理，但又不同于普通的數(shù)控機(jī)床，它們之間的機(jī)械結(jié)構(gòu)差別很大，這就給系統(tǒng)的精度檢測(cè)帶來(lái)很大的難題。本文通過(guò)激光干涉儀的應(yīng)用延伸、功能擴(kuò)展，對(duì)飛機(jī)數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)定位器定位精度的檢測(cè)方法進(jìn)行研究，利用強(qiáng)磁力基座與云臺(tái)相結(jié)合的方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三腳架，使激光干涉儀激光發(fā)射裝置可以任意吸附在定位器的任意高度位置，解決檢測(cè)難題，提高檢測(cè)效率。

1 檢測(cè)需求分析

數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)定位器是飛機(jī)數(shù)字化裝配生產(chǎn)線中的主要組成部分，用于支撐、定位和精準(zhǔn)對(duì)接各大型部件，定位器的數(shù)量非常多，而且排布密集，具有多站位、小開場(chǎng)、多層級(jí)的特點(diǎn)，類型見圖1。

圖1 數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)定位器種類

數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)定位器的定位精度和重復(fù)定位精度直接影響飛機(jī)的裝配質(zhì)量，因此，主要的檢測(cè)項(xiàng)目為各數(shù)控定位器的定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度和重復(fù)定位精度的指標(biāo)要求見表1。

表1 數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)定位器精度指標(biāo)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2 檢測(cè)能力缺陷分析

數(shù)控設(shè)備定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)一般用激光干涉儀作為檢測(cè)器具，激光干涉儀借助三腳架穩(wěn)定放置在數(shù)控設(shè)備旁平整的地面上，要求激光干涉儀配備空氣溫度傳感器、材料溫度傳感器，實(shí)施補(bǔ)償檢測(cè)環(huán)境中的溫度變化，檢測(cè)環(huán)境周邊無(wú)強(qiáng)烈震動(dòng)，如圖2所示。

圖2 激光干涉儀檢測(cè)示例

目前所遇到的數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)定位器不同于普通的數(shù)控機(jī)床，定位器的三軸位于各個(gè)獨(dú)立立柱的頂端，獨(dú)立立柱分布緊密，檢測(cè)區(qū)域內(nèi)空間狹小，而且有多層級(jí)的分布，給激光干涉儀的安裝、架設(shè)和調(diào)光帶來(lái)很大難度，超過(guò)兩米的高度，激光干涉儀三腳架離地帶來(lái)很大的檢測(cè)誤差，這些都是傳統(tǒng)的激光干涉儀檢測(cè)方法無(wú)法完成的[2]。常見的臥式對(duì)接定位器和立式對(duì)接定位器見圖3，圖4。

圖3 臥式對(duì)接定位器

圖4 立式對(duì)接定位器

3 檢測(cè)能力提升解決方案

傳統(tǒng)的利用激光干涉儀三腳架支撐激光頭的方法不能滿足數(shù)字化對(duì)接定位器的檢測(cè)需求，而且激光干涉鏡頭的安裝因空間限制也無(wú)處擺放，因此，為了解決對(duì)接定位器的檢測(cè)問(wèn)題，需要對(duì)設(shè)備和檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)提升。

3.1 設(shè)備改進(jìn)方案

激光干涉儀三腳架因穩(wěn)定性問(wèn)題不能離開地面，可以考慮讓激光頭離開地面，首要問(wèn)題是解決激光干涉儀吸附問(wèn)題。利用激光云臺(tái)轉(zhuǎn)接適配器將激光頭連接在強(qiáng)磁力基座上，云臺(tái)前方安裝延長(zhǎng)板，放置激光干涉鏡頭，解決激光干涉鏡頭的擺放問(wèn)題，所有連接部件緊固可靠，穩(wěn)定性是準(zhǔn)確檢測(cè)的前提。改進(jìn)后的設(shè)備示意如圖5、圖6所示。

圖6 云臺(tái)延長(zhǎng)板

3.2 方法改進(jìn)方案

激光干涉儀設(shè)備改進(jìn)完成后，將激光云臺(tái)延長(zhǎng)板安裝在云臺(tái)的前端，可以安裝激光干涉鏡頭，將整套設(shè)備輕松拿到任意一層的定位器三軸附近，找到合適的吸附位置，將激光頭、干涉鏡頭和反射鏡頭安裝完成，利用云臺(tái)的調(diào)整功能找正激光光束返回到激光頭，檢測(cè)數(shù)據(jù)被計(jì)算機(jī)接收，得出各軸的定位精度和重復(fù)定位精度檢測(cè)數(shù)據(jù)[3]。模擬檢測(cè)方法如圖7所示。

圖7 多層級(jí)對(duì)接定位器檢測(cè)示范

4 應(yīng)用驗(yàn)證

激光干涉儀設(shè)備和方法改進(jìn)完成后，為了驗(yàn)證改進(jìn)效果，在某廠房數(shù)字化對(duì)接定位器上進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，檢測(cè)對(duì)象是一臺(tái)右后數(shù)控定位器，該定位器有X、Y、Z三軸，選取其中的Y軸做測(cè)試，激光干涉儀激光頭吸附在一側(cè)立柱上，干涉鏡頭置于激光干涉儀云臺(tái)延長(zhǎng)板處，反射鏡頭安裝在需要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)軸上，往返5個(gè)來(lái)回，檢測(cè)Y軸運(yùn)動(dòng)的定位精度和重復(fù)定位精度，檢測(cè)結(jié)果用國(guó)標(biāo)GB/T17421_2 2016標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果符合定位器的精度指標(biāo)。檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析如表2所示。

表2 數(shù)字化對(duì)接定位器檢測(cè)結(jié)果及分析

5 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化對(duì)接定位器檢測(cè)原理來(lái)源于數(shù)控機(jī)床的激光檢測(cè)，但由于其空間小、排布密集、不便于激光干涉儀的安裝，所以檢測(cè)難度較大。利用激光頭云臺(tái)轉(zhuǎn)接裝置將激光頭直接吸附在被測(cè)軸附近，并將干涉鏡固定在激光頭的延長(zhǎng)板上，可以解決被測(cè)設(shè)備周邊環(huán)境復(fù)雜、空間狹小的問(wèn)題，檢測(cè)方法便捷高效，檢測(cè)精度不受損失，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。