飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术

飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术
摘要：飞机数字化装配系统需要极高的装配精度，且装配质量决定了飞机的整体质量。

这需要建立大尺寸测量场来综合所有测量数据。

本文从飞机装配中大尺寸测量技术的建立入手，深入分析了大尺寸测量场的相关配置与优化技术，为相关领域提供理论依据和技术指导。

关键词：飞机装配；大尺寸测量场；配置分析；激光跟踪仪
引言：飞机装配技术直接标志着我国的航空制造业的整体水平，也是我国经济建设和保卫国家安全的战略产业，体现了我国综合国力。

国外先进的飞机装配技术对我国进行了严格的技术封锁，这便需要我国坚持自主创新，不断对相关技术进行完善，才能真正提高我国航空制造技术的整体水平。

一、飞机装配中大尺寸测量场的特点
现代大型飞机整体尺寸较大且外形极其复杂，对于飞机装配精度要求较高，这要求工作人员具有较高的装配技术，实现装配过程的高精度化。

因此，任何飞机装配技术均要以飞机装配的需求为核心内容，符合飞机大尺寸空间的精确测量要求，这需要将多种先进的测量系统进行融合成为组合式大尺寸测量系统。

组合式测量系统大多以若干个距离较远的测量设备进行全局构建，并且控制和设计全部空间的精度测量，根据测量出的空间特征完成各种各样的空间测量。

二、飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化
（一）大尺寸测量场建立的组成要素
1.飞机装配坐标系
飞机装配中大尺寸测量场建立的重点工作为装配坐标系，即全局坐标系，其他所有设备坐标系均是在这个基础坐标系的基础之上统一表示，包括设备坐标系和部件坐标系等。

激光跟踪仪需根据ERS点构建测量坐标系到装配坐标系之间的关系，将全部测量结果直接在装配坐标系的基础上直接输出。

在全局坐标系下，构建全部数字化定位设备之间的位置关联，可以完成各种设备之间的相互协作，也能够满足全部飞机部件在装配坐标系下位置定位和位姿定位，实现飞机部件之间的高精度对接。

在大尺寸测量场中，飞机装配坐标系需要与设计坐标系达到重合或者明确二者之间的相对关系，激光跟踪仪通过和CAD数据进行比较，才能够达到飞机的高精度装配要求。

2.激光跟踪仪测量坐标系
每台激光跟踪仪自身均定义了一个测量坐标系，其原点均定义在激光跟踪仪的中心位置，激光跟踪仪测量坐标系随设定位置的改变而随之改变，但是单独的激光跟踪仪的测量数据是独立的和互不干扰的，不同激光跟踪仪之间的数据并无相关性，在此方面可以通过增强参考系统建立每个测量坐标系到装配坐标系之间的关系，每个激光跟踪仪测量数据均在装配坐标系的控制下可直接使用。

（二）大尺寸测量场的配置分析与优化
1.大尺寸测量场空间基准优化设计
大尺寸测量场建立的空间基准是建立测量场坐标系、零部件高精度定位和测量设备组网转站的重要基准，这对大尺寸测量场测量精度要求极高，也是实现基于激光跟踪仪进行高精度装配的重要保障[1]。

在空间基准点的基础之上建立测量场坐标系是选择三个不在同一平面的公共基准点构建的测量场坐标系。

测量场对坐标系构建精度整体要求极高，要求精度必须满足产品最大偏差的三分之一。

在
构建偏差方面，应避免偏差被放大传递。

空间基准点的优化设计应该遵循以下三
个准则，分别为第一，基准点应至少在三个以上且不能在同一平面，第二，基准
点的布置应该具有高稳定性，第三，基准点空间应该包括全部待测产品在内。

2.转站组网空间基准设计
在测量场装配过程中，机身后部受空间和光线限制，不能够一次完成定位工作，一般需要将测量仪转站到其他地点进行多次测量，这种多次转站组组建的测
量网称为转站组网，通过转站组网才能精确完成飞机后身的装配组件测量[2]。

与
构建基准点相比，转站组网对于误差要求并不高，但对于其稳定性要求较高，转
站组网测量要尽量包含整个测量对象，满足测量的全面性。

在转站组网的优化中，可根据空间公共参考基准点，即ERS对激光跟踪仪进行转站组网测量，从而获得
激光跟踪仪测量坐标系与装配坐标系之间的关系。

在实际操作中，理论上装配坐
标系的位置并不是固定的，确定了装配坐标系便能确定ERS点在装配坐标系下的
位置，但是为了缩小误差，装配坐标系的方向一般以最长运动轴向为主。

3.精确测量场测量站位布局优化
精确测量场站位布局优化包括激光跟踪仪站位布局优化和测量站位布局虚拟
仿真。

激光跟踪仪进行合理的布局能够减少转站误差，提高测量场的总体精度和
机体装配效率。

激光跟踪仪的位置选定应该考虑其稳定性和容错性，最大程度上
减少后期移动，减少测量误差。

例如波音和空客两大飞机制造公司均取得了令世
界瞩目的成就，两家公司在测量场布局方面技术均较为前沿，在激光跟踪仪配合下，能够满足柔性化装配技术，使整体装配更加精准和高效。

因此，测量场测量
站位布局优化对于大尺寸测量场的建立至关重要，激光跟踪仪具有测定距离精度高，而测定角度稍差的测点，在测量场测量站位布局构建时应该充分考虑这一特点。

4.机体关键特征基准设计优化
机身后部关键定位是保障整体装配精度的重要标准，定位基准点的选择应该
考虑其可加工性、空间性和布局的科学性，关键定位基准点应该能满足零件强度
较高和使用寿命较长的特点。

在已有加工孔的零部件方面，应该选择其存在的孔
位作为定位准则，若自身基准不能满足表征零部件空间位置时，应该考虑设计辅
助测量实现精准定位装配。

国内在此方面尚未完成整体技术的设计，现有科技还
无法满足数字化柔性装配的发展节奏，只有通过把装配测量过程中的数据和需求
进行整合和分析反馈给相关设计部门，设计部门再根据数据和需求进行修改零部
件设计，才能提高零件的高精度装配，提高机体的整体装配效率。

结束语：大尺寸测量场的建立能够满足飞机装配的高精确度，其精确性能也是保
障飞机最终装配质量的先决条件，飞机装配过程中，测量场中测量站位布局要求
较高，只有合理的布局配合转站组网覆盖整个装配空间的测量网络才能从根本上
增加装配精度和工作效率。

参考文献：
[1]葛成鹏.大尺寸测量场不确定度分析与优化[D].南京航空航天大学,2018.
[2]甘晓川,赵子越,马骊群.大尺寸测量系统运动目标测量能力校准现状[J].计测技
术,2018,38(05):33-38.。