[发明专利]一种基于激光跟踪测量技术的飞机部件数字化柔性装配测量方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于激光跟踪测量技术的飞机部件数字化柔性装配测量方法，属于激光跟踪测量技术和飞机数字化装配领域。

背景技术

现代飞行器设计正在向着结构整体化、零件大型化、制造精密化的方向发展，这不仅加大了零件制造的难度，还提高了对装配质量的要求。国外装配技术的发展非常迅速，采用先进数字化技术来实现其精准装配，大量使用了数字化定义模型和光学测量定位技术、设备。国内飞机制造和装配方面还较薄弱，这些先进的技术没有被系统的研究和运用，没有形成一套完整的体系。

数字化装配测量技术是大型飞机制造的关键技术之一，它贯穿于大型飞机制造的全过程。近年来，激光跟踪测量技术被各大航空制造企业广泛引进，但主要应用于质量检测、工装安装等方面，未能在数字化装配技术方面实现新的突破，导致飞机制造成本居高不下，致使先进的测量设备在飞机制造中发挥不出应有的作用。

如何利用新型装配技术，并采用合理的工艺方法，提高飞机部件的装配效率，同时如何在效益上能够最大限度的减少设计更改、降低出错返工率，提高装配精度，一直是我国航空制造生产中的尚待研究和解决的课题。

针对飞机部件的特点，通过采用建立数字标工，利用激光跟踪仪安装装配工装，在装配过程中对装配数据实时采集，并对装配效果进行仿真的方法，可以大幅提高飞机部件装配的质量和效率。

发明内容

1）目的：激光跟踪测量技术在航空制造领域主要应用在精度检测、工装安装方面，对于飞机装配领域的应用还不成熟，尤其是在飞机部件数字化柔性装配过程中，激光跟踪测量技术有很大的应用潜力和价值。本发明是一种基于激光跟踪测量技术的飞机部件数字化柔性装配测量方法，它是一种利用激光跟踪测量技术，针对大型飞机装配中柔性化装配、过程复杂、精要求度高等要求而提出的新的装配测量方法，具有很强的实用性和可行性。

本发明中的装配测量方法目的在于解决以下几类问题：

1.满足柔性装配要求

在现代的飞机装配过程中，由于飞机型号改进更为频繁，对装配效率有很高要求，装配工装柔性化已成为发展趋势，装配测量方法也要满足柔性化要求。数字化柔性装配以数字标工作为尺寸协调的依据，发明中提出的装配测量方法可以根据不同的数字标工执行不同装配任务，满足柔性装配要求。本发明中提出的飞机部件数字化柔性装配测量方法为本发明的核心技术之一。

2.实时并行协同测量

飞机部件装配过程中，需要实时确定多点位置数据，多台激光跟踪仪协同工作才能完成测量工作。根据实际装配中遇到的多台激光跟踪仪实时协同问题，本发明提出了多线程并行协同测量方式，它是本发明的核心技术之一。

3.提高装配准确度

由于装配工装在制造和装配安装过程中会存在一定的误差，在传统的装配方法中，飞机装配质量会受到工装制造精度的影响。采用数字化装配测量方法，直接依据数字标工传递飞机部件的装配尺寸数据，使装配精度得到提高。

4.构建装配测量环境

数字化装配测量过程中，为了便于装配测量的进行，需要在软件层面上考虑实时测量过程交互，如对装配件位置变化的显示、装配状态提示、各类质检指标的数值等。在装配测量过程中，测量数据采用打包方式发送给实时仿真系统，并存储作为仿真历史记录数据。

2）技术方案：基于激光跟踪测量技术的飞机部件数字化柔性装配测量方法的具体内容是将工程数据集中产品数模的理论位置信息与激光跟踪仪实时获取装配件参考点的坐标比对，形成位置偏差，传递给运动控制系统，运动控制系统通过分析位置偏差，生成工装位姿控制指令，传递给柔性工装，柔性工装带动工件一起调整位姿，通过三者的协同运行，形成闭环控制系统，完成装配工作。本发明一种基于激光跟踪测量技术的飞机部件数字化柔性装配测量方法，涉及装配和测量两个技术，是两者的结合，并非单纯的装配或单纯的测量方法，是适用于飞机部件数字化柔性装配的装配测量方法。装配测量系统与周围边界系统的关系如图1所示，装配测量方法的总体流程如图2所示。该装配测量方法包含以下几个实施步骤：

步骤一：装配测量准备工作：

装配测量准备阶段主要完成对装配测量数据模型的准备工作，确立装配测量数据是装配测量进行的基础。装配测量数据主要包括基准点位置数据、装配件零件数据、工装数据、装配质检数据、测量点位置数据、激光跟踪仪位置数据、工装定位测量点以及其他辅助坐标点数据。