数字化组合测量辅助飞机装配质量检测技术

张浩

【摘 要】数字化组合测量方法，在大型飞机壁板类组件装配质量检测过程中的应用比较广泛。其能够有效解决信息采集问题，将激光跟踪仪与关节臂测量仪进行结合，从而实现数字化复合测量，有效提高测量效率。基于此，论文研究了大型壁板类组件复合测量技术，在此基础上，论述了测量工具集软件实现的具体内容，并对实验结果进行分析。

【Abstract】 Digital combination measurement method is widely used in the assembly quality inspection process of large aircraft panel components， which can effectively solve the problem of information gathering， and combined the laser tracker and articulated arm measuring instrument to realize the digital composite measurement， so as to effectively improve the measurement efficiency. Based on this， this paper studies the composite measurement technology of large panel components. On this basis， the specific contents of the software implementation of the measurement tool set are discussed， and the experimental results are analyzed.

【关键词】数字化；组合测量；飞机装配；质量检测

【Keywords】digitization； combined measurement； aircraft assembly； quality inspection

【中图分类号】TH17 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0176-02

1 引言

大型板壁类组件主要在飞机外形结构中使用，大型飞机蒙皮壁板，具有结构复杂、刚性强度要求高等特点，需要严格控制制造过程的工艺，确保零件的外形尺寸精度，同时满足相关技术标准的要求。飞机装配质量检测技术，已经由传统的模拟量测量法，转变为数字化组合测量法。其主要是利用激光跟踪仪与关节臂测量仪的优点，对测量对象进行扫描，从而实现数据信息收集以及质量检测评估。论文对两种数字化组合测量方式进行研究，通过飞机水平尾翼实验验证组合测量方法的有效性。

2 大型壁板类组件数字化组合测量技术

根据相关调查可知，大型飞机壁板类组件多是采用自由曲面，并且长度均大于3cm。采用数字化组合测量方法，主要是利用关节臂测量仪与激光跟踪仪进行组合测量。其中关节臂测量仪可以进行无限旋转，数据采集比较灵活，能够提高数据采集的效率。但是其扫描范围具有一定的局限性，需要将壁板划分区域，再依次测量区域的外形点云，最后通过有效拼接，得到壁板的整体点云数据。激光跟踪仪，主要是测量拼接过程的公共点[1]。拼接的公共点属于板壁零件的骨架，直接影响壁板类组件点云拼接的精准度。数据采集完成之后，利用数字化复合工具集进行测量，得出完整的外形数据，再通过工具对测量结果进行具体分析。

2.1 数字化组合测量平台的构建

数字化组合测量平台，主要是由测量设备、计算机控制平台、数据处理系统等构成。其中测量设备主要的功能是进行数据采集；计算机控制平台，主要是发布命令，对信息数据进行处理；数据处理系统，主要作用是对测量设备采集的信息进行加工。测量设备是进行大型壁板类组件数字化测量的核心，激光跟踪仪工控机属于激光跟踪仪的控制中心，主要的功能是传递信息、传达指令等。工控机通过电缆与激光跟踪仪进行连接，另一端连接电路，为通信传输电路供电。关节臂测量仪主要是对壁板类组件进行扫描，通过USB接口或网络，将采集的数据传递给工控机。计算机控制平台主要是通过点对点的方式与测量设备进行连接，控制平台在接收到数据之后会进行处理，主要是利用安装在控制平台上的数据处理软件，最终得出精确的结论。

2.2 组合测量方案

组合测量方案，需要布置公共基准点在移动测量平台上面，并且确保布置的公共基准点超过3个以上。测量开始之前，需要参考零件的外部形状，将板壁件进行区域划分。根据划分的扫描区域去确定移动测量平台的位置，通过激光跟踪仪去测控各个公共基准点坐标。通过关节臂测量仪，去扫描各个区域公共基准点的靶球，从而得到飞机壁板各个区域的轮廓点云，将靶球外轮廓拟合成为球特征，再将靶心与飞机前缘壁板点云进行封装，从而获得完整的点云。将点云与三维数據模型进行对比，从而得出飞机壁板的质量测量结果。

2.3 组合测量精度与效率分析

组合测量的精度与效率，是决定数字化组合测量法有效性的主要因素。组合测量的误差，主要包括测量仪器误差、靶球外轮廓特征拟合错误以及靶球自身误差等。设备测量误差，主要是测量过程出现失误，导致数据采集不准确。根据实验证明，组合测量法的测量精度与效率较高，具有一定的优势。传统的飞机装配质量检测，主要采用激光跟踪仪进行测量，采点频率主要是5点/s。而采用组合测量方式，利用扫描头进行数据采集，采点频率可以达到30000点/s。组合测量方法，属于非接触测量，不会破坏薄壁件的结构，能够提高测量效率，提升测量的精度。

3 测量工具集软件实现

大型飞机板壁类组件数字化组合测量，需要利用MFC开发壁板类组件数字化复合测量工具集。其能够与测量设备进行连接，能够对数据信息进行补偿，从而实现公共基准点测量与点云扫描操作。测量工具集软件能够控制扫描软件与激光跟踪仪，采集靶心坐标与测量数据并进行存储，再通过SA软件底层算法对数据进行处理，从而得出数据分析结果，以报告的形式进行存储。endprint

3.1 数字化复合测量工具集的功能模块

数字化复合测量工具集的功能模块，主要包括通信接口管理模块、激光跟踪仪、数据采集软件等。其中设备参数设置模块，主要的功能是补偿仪器测量过程的外部环境参数，并且实现激光跟踪仪与SA软件之间的交互。激光跟踪仪，主要是进行定点搜索，辅助进行测量。数据处理模块，主要是对采集数据进行分析，从而得出结果。點云数据采集模块，主要功能是进行点云采集、采样、去噪等，确保公共基准点与靶心吻合。

3.2 数据处理流程

测量工具集软件的数据处理流程，主要是由工具集进行信息发布，SA软件会读取公共基准点球心坐标，以及飞机前缘壁板点云。通过工具集进行拼接，将靶心坐标与激光跟踪仪进行公共基准点拟合，从而去完成点云拼接工作，形成完整的外形点云。将完整的外形点云传入到飞机前缘壁板的三维模型，再通过工具集进行拟合转化，使得球心点与三维模型中的靶心进行对齐。确保飞机壁板件所有点云与三维模型对齐，再利用模型进行分析，从而得出结论，形成质量检测报告。

3.3 实验分析

实验将某型号的飞机水平尾翼前缘壁板件作为测量的目标，实验中关节臂测量仪的扫描范围是2.5m球形空间。因此，需要将壁板划分为三个区域进行测量，从而得到完整的壁板外形点云。采用数字化组合测量方法，根据飞机前缘壁板位置布置测量仪器的位置，以及公共基准点的位置。根据飞机水平尾翼前缘壁板的三维模型特征点，对齐靶心点与参考特征点，通过点云拼接，使得点云与壁板的三维模型对齐，从而分析拟合误差。具体情况如表1所示。

通过对靶心点与三维模型参考点的拟合误差值进行分析，可以得到三维模型的偏差矢量图。矢量图根据不同误差值，分别用不同颜色表示，从而显示实际点云与三维模型的误差，通过数据分析，最终得出质量检测报告。

4 结论

综上所述，利用数字化组合测量，辅助飞机装配质量检测，能够提高测量的精度，降低误差的范围，具有较强的可行性。利用激光跟踪仪，能够提高点云拼接的准确度。通过关节臂测量仪，可以进行非接触扫描，提高了测量的精度与效率。数字化组合测量方式，具有速度快、效率高等特点，数据采集比较完善，质量检测的准确性较高。

【参考文献】

【1】景喜双，张鹏飞，王志佳，等.数字化组合测量辅助飞机装配质量检测技术[J].北京航空航天大学学报，2015，41（07）：1196-1201.endprint