隨著航空制造技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代飛機(jī)的裝配工藝正由傳統(tǒng)的模線模板阶女、剛性工裝等模擬量傳遞協(xié)調(diào)的方法向柔性裝配的數(shù)字量傳遞的方法轉(zhuǎn)變痘煤。數(shù)字化、自動(dòng)化和信息化已經(jīng)成為飛機(jī)裝配的主流趨勢(shì)瓦胎。在“十一五”期間蚌成，各大主機(jī)廠、航空院校和研究所充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研模式的優(yōu)勢(shì)涯馆，對(duì)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)進(jìn)行了深入研究和應(yīng)用秕刊，在飛機(jī)壁板類組件級(jí)柔性裝配和大部件對(duì)接柔性裝配方面取得了部分成果，有了比較成熟的應(yīng)用俺埋，基于激光跟蹤儀的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于各主機(jī)廠[1-3]腮德。但是作為飛機(jī)裝配中的關(guān)鍵一環(huán)，部件級(jí)裝配在數(shù)字化柔性裝配技術(shù)方面還比較薄弱俄脂，無論是柔性工裝還是數(shù)字化測(cè)量枫技，其應(yīng)用研究都剛剛起步。
　　為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精確裝配相吭，飛機(jī)在零組件裝配秧朝、部件裝配和總裝對(duì)接的每一個(gè)階段中均采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)郊拄，同時(shí)將數(shù)字量從上游傳遞到下游噩振，并且為飛行試驗(yàn)和新型號(hào)的研發(fā)積累科學(xué)數(shù)據(jù)。飛機(jī)部件級(jí)裝配由于大多零組件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜楚陶，裝配工作量大钻寿，采用傳統(tǒng)的剛性工裝裝配纤壁，成本高、效率低捺信，精度也不高[4-6]酌媒。因此，飛機(jī)部件的數(shù)字化柔性裝配技術(shù)亟需深入的應(yīng)用研究迄靠。本文主要針對(duì)機(jī)身部件數(shù)字化柔性裝配中的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)展開應(yīng)用研究秒咨，為提高飛機(jī)裝配精度，保證裝配質(zhì)量提供基礎(chǔ)技術(shù)支持掌挚。
飛機(jī)裝配數(shù)字化測(cè)量技術(shù)
　　相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量方式拭荤，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)不僅測(cè)量范圍大、精度高疫诽，而且其測(cè)量結(jié)果直接以數(shù)字量表征舅世，便于處理和共享。在整個(gè)數(shù)字化柔性裝配過程中奇徒，數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理雏亚、傳遞、反饋和存儲(chǔ)摩钙，是數(shù)字量傳遞調(diào)控過程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)罢低。
1　數(shù)字化裝配測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成
　　數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化高精度裝配的基礎(chǔ)保障。廣義上講荚谢，一個(gè)完整的飛機(jī)部件數(shù)字化裝配測(cè)量系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和月、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)凯挟、執(zhí)行結(jié)構(gòu)和測(cè)量系統(tǒng)5大部分組成[7]逸铆。這5 部分按照主要的硬件設(shè)備來劃分，由3部分構(gòu)成：計(jì)算機(jī)平臺(tái)辱滤、數(shù)字化工裝以及測(cè)量設(shè)備苦钱。計(jì)算機(jī)平臺(tái)是控制中樞和信息處理中心；工裝和測(cè)量設(shè)備的控制和處理軟件集成于計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)中沽贸，所有的數(shù)據(jù)和指令均由計(jì)算機(jī)輸出避晾，并最終反饋回計(jì)算機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)抑昨。
　　系統(tǒng)運(yùn)行流程可以簡(jiǎn)化成如下過程：首先一個(gè)結(jié)構(gòu)件初步裝配（Assembly）到約定位置啥匀，然后測(cè)量（Measure）它的位置，再把它移動(dòng)（Move）到準(zhǔn)確位置赚铅，即裝配—測(cè)量—移動(dòng)（AMM）催首。這是一個(gè)連續(xù)的循環(huán)的過程，不斷地測(cè)量反饋壮莹，不斷地調(diào)整翅帜，直至部件裝配準(zhǔn)確[8]。
2　激光跟蹤儀及其測(cè)量軟件
　　數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的主要核心部分是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量設(shè)備和測(cè)量軟件命满，它們?cè)陲w機(jī)裝配線上主要用來測(cè)量和定位被裝配產(chǎn)品涝滴，是飛機(jī)數(shù)字化裝配系統(tǒng)的重要組成部分。在飛機(jī)數(shù)字化裝配中應(yīng)用較為廣泛的先進(jìn)數(shù)字化測(cè)量?jī)x器主要有激光跟蹤儀胶台、iGPS歼疮、電子經(jīng)緯儀、電子全站儀和數(shù)字照相測(cè)量系統(tǒng)诈唬。激光跟蹤儀由于其測(cè)量范圍大韩脏、精度高、動(dòng)態(tài)測(cè)量铸磅、攜帶方便等特點(diǎn)赡矢，成為國(guó)內(nèi)使用最廣范的大空間高精度測(cè)量設(shè)備。
以Leica AT901B激光跟蹤儀為例阅仔，一套激光跟蹤儀硬件設(shè)備主要包括跟蹤儀本體和控制機(jī)箱洁拓。
　　跟蹤儀本體是整個(gè)儀器的核心部件，發(fā)出及接受反射激光秕射，內(nèi)部構(gòu)造由角編碼器挑蚕、伺服馬達(dá)和激光干涉儀等元件組成。
　　跟蹤儀控制機(jī)箱是儀器的控制中樞瞎角，發(fā)出指令撵晨、接受數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)覆靖、傳遞數(shù)據(jù)攒筛，為跟蹤儀本體供電等∥缜荩控制機(jī)箱與跟蹤儀本體是通過兩根電纜連接的纲愁，其中一根電纜為跟蹤儀本體供電，另外一根電纜為數(shù)據(jù)通信傳送線路寨都。
　　激光跟蹤儀可以連續(xù)地瞄準(zhǔn)诫汇、跟蹤并確定由移動(dòng)或穩(wěn)定的反射靶標(biāo)返回的激光束位置。這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用采集的水平和垂直角來計(jì)算靶標(biāo)在三維空間中的位置昼接。發(fā)射靶標(biāo)可手持或固定在機(jī)械上并通過程序控制移動(dòng)爽篷。
　　目前使用的測(cè)量軟件主要有Metrology、PC-DMIS 和Spatial Analyzer（SA）慢睡。其中由美國(guó)NRK公司開發(fā)的SA軟件在飛機(jī)裝配系統(tǒng)中應(yīng)用最廣逐工。該軟件主要用于復(fù)雜的工業(yè)測(cè)量及分析，為各種工業(yè)測(cè)量硬件（Leica漂辐、FARO泪喊、SMX 及API）提供了簡(jiǎn)單的通信端口棕硫。SA軟件的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可使通過TCP/IP連接任意數(shù)目的端口，這些端口能在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一臺(tái)電腦上同時(shí)運(yùn)行袒啼。用一臺(tái)電腦通過SA軟件可以同時(shí)控制多臺(tái)測(cè)量?jī)x器哈扮，來進(jìn)行多基站實(shí)時(shí)測(cè)量。

機(jī)身部件數(shù)字化柔性裝配系統(tǒng)架構(gòu)
1　機(jī)身及工裝結(jié)構(gòu)
　　某機(jī)身部件的主要框架結(jié)構(gòu)由4個(gè)加強(qiáng)框和左右邊梁組成蚓再，其他組件如內(nèi)側(cè)壁板和上下壁板滑肉、防火墻構(gòu)成封閉的機(jī)身結(jié)構(gòu)。機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示摘仅。

　　為了便于采用數(shù)字化柔性裝配和測(cè)量技術(shù)靶庙，該機(jī)身部件裝配采用以骨架為基準(zhǔn)的裝配方式。4個(gè)框的腹板面上下左右各有4個(gè)定位孔谍益，柔性工裝的定位器通過定位孔固定住4個(gè)加強(qiáng)框汁眶，機(jī)身的其他組件部件以加強(qiáng)框?yàn)檠b配基準(zhǔn)進(jìn)行裝配。因此逐点，4個(gè)加強(qiáng)框的裝配準(zhǔn)確度決定整個(gè)機(jī)身的裝配精度乃至全機(jī)的裝配質(zhì)量舟门。
　　該機(jī)身柔性裝配工裝為橋架式結(jié)構(gòu)，上下各有5組橫梁坠痒，每個(gè)橫梁上有4~6個(gè)定位器锅星，每個(gè)定位器具有X、Y选阔、Z3個(gè)方向的自由度家统。橫梁和定位器均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。工裝在裝配過程中坎扰，通過定位器的數(shù)字控制運(yùn)動(dòng)調(diào)整來定位各個(gè)加強(qiáng)框曹均，實(shí)現(xiàn)工裝的數(shù)字化定位[9]。
2　機(jī)身裝配平臺(tái)系統(tǒng)
　　機(jī)身數(shù)字化柔性裝配平臺(tái)研制的主要目的是完成機(jī)身部件的數(shù)字化柔性裝配與檢測(cè)物虑。平臺(tái)硬件主要包括機(jī)身柔性定位總裝工裝1套纤悉，柔性工裝工控機(jī)1臺(tái)，信息控制管理用計(jì)算機(jī)1臺(tái)鲤遥，激光跟蹤儀2臺(tái)沐寺，攝像頭4個(gè)；軟件包括工裝控制系統(tǒng)1套盖奈，信息控制管理軟件1套混坞，數(shù)字化測(cè)量用SA軟件1套。圖2所示為機(jī)身數(shù)字化平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖钢坦。

機(jī)身數(shù)字化定位測(cè)量
1　測(cè)量規(guī)劃
　　機(jī)身的主要結(jié)構(gòu)和外形由卡板和定位器來保證究孕。根據(jù)裝配工藝要求，在裝配過程中需要測(cè)量4個(gè)框在飛機(jī)航向的站位爹凹，通過定位器上的測(cè)量參考點(diǎn)來監(jiān)控厨诸。初步裝配到位后镶殷，對(duì)定位點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得出和理論位置的偏差微酬，反饋回工裝控制系統(tǒng)绘趋，對(duì)定位器進(jìn)行微調(diào)。通過不斷的測(cè)量反饋調(diào)整得封，直到框的裝配位置達(dá)到裝配精度要求了岸。有些測(cè)量位置有遮擋或者孔位是非標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量孔颗屏，通過轉(zhuǎn)接測(cè)量方式實(shí)現(xiàn)奈揩。
   （1）激光跟蹤儀布局。
　　根據(jù)機(jī)身及其柔性工裝的整體架構(gòu)卑托，采用2 臺(tái)Leica AT901-B激光跟蹤儀進(jìn)行多基站測(cè)量效蝎。
　　在初始裝配4個(gè)加強(qiáng)框時(shí)，兩臺(tái)激光跟蹤儀放置在工裝后方的左右發(fā)動(dòng)機(jī)艙軸線位置势粱，保證在能測(cè)量到所有定位參考點(diǎn)的同時(shí)腰燕，也能測(cè)量到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部壁板和防火墻上的發(fā)動(dòng)機(jī)交點(diǎn)。4個(gè)主體加強(qiáng)框裝配完成以后食土，兩臺(tái)跟蹤儀移至工裝左右兩側(cè)衔帚，配合邊梁裝配測(cè)量。在所有裝配完成以后医熊，兩臺(tái)跟蹤儀一前一后浴魏，測(cè)量產(chǎn)品關(guān)鍵特征點(diǎn)，檢驗(yàn)裝配質(zhì)量蚯唱。整體測(cè)量布局示意圖如圖3所示文宜。

    （2）基準(zhǔn)點(diǎn)布局。
　　基準(zhǔn)點(diǎn)是整個(gè)測(cè)量的基礎(chǔ)哗蜈，通過測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)把測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到飛機(jī)坐標(biāo)系下前标，保證后續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)是飛機(jī)坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)，可以和產(chǎn)品理論值直接比較距潘×读校基準(zhǔn)參考點(diǎn)的布局需要綜合考慮工裝結(jié)構(gòu)和激光跟蹤儀站位布局。每次參與建站的基準(zhǔn)點(diǎn)所構(gòu)建的測(cè)量空間音比，必須要包含后續(xù)所有測(cè)量點(diǎn)位唯鸭，才能保證建站坐標(biāo)系的有效精度」枞罚基準(zhǔn)參考點(diǎn)布局示意圖如圖4所示目溉。
　　在地基上4個(gè)角各設(shè)置一個(gè)工具球（Tooling Ball）基準(zhǔn)點(diǎn)（簡(jiǎn)稱TB點(diǎn)，如圖4中TB101菱农、102缭付、103和104所示）柿估，中間位置設(shè)2個(gè)（圖4中TB105、106點(diǎn)）共計(jì)6個(gè)TB點(diǎn)陷猫；工裝6個(gè)立柱內(nèi)側(cè)中部位置和兩個(gè)上導(dǎo)軌中部各設(shè)置一個(gè)起輔助作用的增強(qiáng)基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)（Enhance Reference System）測(cè)量參考點(diǎn)( 簡(jiǎn)稱ERS點(diǎn)撰绕，圖4 中ERS1~10）共計(jì)10個(gè)ERS點(diǎn)。整個(gè)柔性工裝總計(jì)16個(gè)基準(zhǔn)參考點(diǎn)在轮。

　　通過基準(zhǔn)測(cè)量參考點(diǎn)建立起飛機(jī)坐標(biāo)系后牺幻，就可以對(duì)裝配中的飛機(jī)零件進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量和定位檢驗(yàn)測(cè)量。

2　工裝校準(zhǔn)
　　工裝在飛機(jī)部件裝配過程中起著支撐和定位的重要作用铣碴，其自身的精度是保證飛機(jī)裝配精度的首要前提魂拢。一般工裝的制造精度都比較高，但是在運(yùn)輸和安裝過程中的振動(dòng)可會(huì)產(chǎn)生微量變形箱仰。另外在使用過程中镜踪，由于材料的自然時(shí)效和裝配應(yīng)力等的共同作用，工裝也會(huì)失去原來的精準(zhǔn)屁膝。數(shù)字化柔性工裝的定位器是直接執(zhí)行部件定位的重要元件眶约，也是測(cè)量參考點(diǎn)的位置所在，任何微小的變形和誤差都會(huì)對(duì)整個(gè)裝配和測(cè)量產(chǎn)生重大影響穷歹。因此在裝配之前嚼龄，必須對(duì)工裝進(jìn)行校準(zhǔn)，補(bǔ)償系統(tǒng)誤差段直，是為了測(cè)量橫梁和定位器的定位精度吃溅、重復(fù)定位精度和上下橫梁的同步協(xié)調(diào)精度。
　　靜態(tài)校準(zhǔn)方法：激光跟蹤儀通過地面基準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)建立坐標(biāo)系坷牛，然后測(cè)量工裝上的所有測(cè)量參考點(diǎn)罕偎，和理論值對(duì)比，得出誤差京闰，反饋給控制系統(tǒng)颜及，對(duì)各定位器進(jìn)行微調(diào)校正。
　　動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法：（1）定位精度——控制系統(tǒng)給橫梁和定位器一個(gè)位移指令蹂楣，激光跟蹤儀實(shí)時(shí)跟蹤橫梁和定位器上的參考點(diǎn)俏站，測(cè)量出運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)距離和坐標(biāo)，與指令數(shù)據(jù)對(duì)比痊土。（2）重復(fù)定位精度——控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)橫梁和定位器進(jìn)行相同位移的往返運(yùn)動(dòng)肄扎，激光跟蹤儀實(shí)時(shí)跟蹤，對(duì)比往返位移誤差赁酝。（3）同步協(xié)調(diào)精度——上下橫梁同時(shí)運(yùn)動(dòng)相同位移犯祠，兩臺(tái)聯(lián)站的激光跟蹤儀分別實(shí)時(shí)跟蹤，對(duì)比上下橫梁實(shí)際位移。
3　裝配測(cè)量流程
　　機(jī)身整個(gè)裝配過程中总党，從工裝校準(zhǔn)到第一個(gè)加強(qiáng)框的上架裝配明疮，再到最后的機(jī)身整體下架，全程需要基于激光跟蹤的數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)來控制調(diào)整橘匿，其數(shù)據(jù)流見圖5儡矫，測(cè)量流程如下。

　　在進(jìn)行實(shí)物測(cè)量之前默言，將包含測(cè)量點(diǎn)位理論信息的數(shù)模導(dǎo)入測(cè)量軟件中角殃。測(cè)量時(shí)，首先通過測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)把測(cè)量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到飛機(jī)坐標(biāo)系下豺这，然后測(cè)量由工裝定位器裝配的部件上的測(cè)量點(diǎn)险丧，并將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋回測(cè)量數(shù)據(jù)中心。測(cè)量軟件將實(shí)際數(shù)據(jù)和理論點(diǎn)的偏差傳輸給工裝控制系統(tǒng)端葵，對(duì)定位器不斷調(diào)整众凝，直到部件的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的偏差在精度要求范圍內(nèi)公垒，此時(shí)部件裝配準(zhǔn)確到位新框。某一部件裝配到位后，其定位器鎖死队魏，繼續(xù)下一部件的裝配公般。
方案實(shí)測(cè)結(jié)果與分析
根據(jù)測(cè)量方案，在后機(jī)身裝配過程中實(shí)施胡桨，基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示官帘。

坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換精度為：
RMS = 0.08。
　　坐標(biāo)系建立后昧谊，將工裝定位器調(diào)至理論零位并進(jìn)行校準(zhǔn)刽虹，然后把工裝驅(qū)動(dòng)至不影響后續(xù)裝配的開敞位置。接著裝配4個(gè)加強(qiáng)框呢诬，測(cè)量各框的站位數(shù)據(jù)涌哲，并且實(shí)時(shí)和第二步中所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，把偏差不斷傳送至控制系統(tǒng)尚镰，驅(qū)動(dòng)定位器不斷移動(dòng)直至偏差在精度允許范圍內(nèi)阀圾。
　　由于框是機(jī)加合金件，腹板面是磨砂狗唉，粗超度較大初烘，傳統(tǒng)測(cè)量方式要求的精度為僅為0.5，并且各框之間的距離和總框距也要滿足這個(gè)精度要求音哟。對(duì)于激光跟蹤測(cè)量貌授，精度要求提高為0.25，由表2的數(shù)據(jù)可以看出所測(cè)數(shù)據(jù)精度要求犯渣，進(jìn)一步分析可知框距和總框距也滿足精度要求势嫁。

　　后續(xù)裝配邊梁厂跋，測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控并在裝配完成以后，檢驗(yàn)關(guān)鍵特征點(diǎn)谨寂，尤其是參與后續(xù)對(duì)接的部位猫降，將測(cè)量數(shù)據(jù)隨機(jī)身一起交付對(duì)接。
結(jié)論與展望
　〈嘈（1）數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是飛機(jī)數(shù)字化柔性精密裝配的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一淫沧，與數(shù)字化設(shè)計(jì)制造和柔性工裝相互配合，大幅度提高裝配精度瞭核，縮短裝配周期院抛，確保整個(gè)飛機(jī)裝配過程的數(shù)字量協(xié)調(diào)。
　∫锩伞（2）通過應(yīng)用數(shù)字化的激光跟蹤儀對(duì)機(jī)身部件柔性工裝進(jìn)行測(cè)量和校準(zhǔn)染突，補(bǔ)償柔性工裝制造及其調(diào)形過程中產(chǎn)生的定位誤差，確保柔性工裝的定位精度辈灼。
　》萜蟆（3）通過對(duì)裝配過程中關(guān)鍵特征點(diǎn)的實(shí)時(shí)測(cè)量，提高了后機(jī)身裝配過程中結(jié)構(gòu)件的定位裝配精度巡莹，為提高整個(gè)產(chǎn)品的裝配精度提供了基礎(chǔ)司志。

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