基于激光跟踪仪在飞机对接装配中的应用

【摘  要】飞机装配是飞机制造过程中的重要环节。飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术要求等进行组合、连接的过程。飞机部件对接是飞机总装阶段的主要工作，是指由多个相邻组件或部件连接形成飞机大型结构件。

目前上飞公司装配车间引进了一套由浙江大学研发的一套自动对接装配系统。机身对接装配系统由工艺集成管理系统、集成控制系統、数字化测量系统和数据库系统四个子系统组成的。

本文的主要工作概括如下：

第一，按照机身对接装配的工艺流程进行系统准备、吊装入位、调资、对接等。

第二，利用多台跟踪仪连接到自动对接装配系统中，确保跟踪仪IP在统一的网段内，然后分别按中机身、后机身和前机身的顺序调姿和对接。

【关键词】飞机装配;飞机部件对接;激光跟踪仪

第一章系统准备

1.1数据库系统准备

1.2数字化测量系统准备

1.3工艺集成系统准备

1.4集成控制系统准备

第二章吊装入位

2.1吊装入位准备

2.2入位支撑

2.3单点操作

第三章调姿

3.1调姿准备

3.2激光测量

3.3姿态评价

3.4路径规划

3.5姿态调整

3.6激光测量

3.7姿态评价

第四章对接

4.1对接准备

4.2机身对接

第五章定位器撤离

第六章整机下架

第一章系统准备

1.1 数据库系统准备

1.1.1前序工位的数据传递

一、将前机身（211工位）、中机身（212工位）和后机身（213工位）的检测点测量数据更新数据库系统的机型管理界面的检测点选项下对应检测点数据。

二、将前机身（211工位）、中机身（212工位）和后机身（213工位）的球头支撑位置数据更新数据库系统的组件管理界面的前机身、中机身和后机身的支撑球头位置数据，便于指光准确。

三、将前机身（211工位）、中机身（212工位）和后机身（213工位）的球头支撑位置数据更新数据库系统的任务管理界面的吊装入位任务下的前机身入位、中机身入位和后机身入位的吊装参数，以便用于确认定位器运动。

1.1.2任务参数配置

调姿任务参数配置主要指调姿参数页中的飞机坐标系下目标姿态的设置和姿态测量点序列。

前机身目标姿态理论设置为（0，-1000，0，0，0，0），即距离对接后的理论位置向前1000mm;中机身目标姿态理论设置为（0，0，0，0，0，0），即对接的理论位置;后机身目标姿态理论设置为（0，1000，0，0，0，0），即距离对接后的理论位置向后1000mm。

姿态测量点序列指部件姿态调整时采用的检测点，将任务管理界面检测点中所有组件标记该部件的检测点都显示在左侧，通过按钮选择排序右侧的检测点序列。

1.2 数字化测量系统准备

1.2.1跟踪仪准备

现场准备足够数量完好的跟踪仪，确保跟踪仪IP在100.100.100.2至100.100.100.254网段内，但不可与几个系统重复。

跟踪仪修改IP的方法是：将电脑IP修改到跟踪仪同一IP网段内，打开浏览器，输入网址http：//192.168.0.1：8099/emscon/default.aspx，其中192.168.0.1为跟踪仪IP，进入第4个选项，登录口令为Administrator。

1.2.2跟踪仪连接

打开数字化测量系统，首先进行系统设置，连接SA;然后进行仪器连接，点击“仪器连接”界面下的连接仪器按钮，选择跟踪仪编号，输入跟踪仪IP，勾选“是否初始化”，进行连接并初始化跟踪仪。

1.2.3跟踪仪转站

点击“仪器定位（转站）”按钮，选择仪器，点击“理论点集”，在SA界面双击鼠标左键选择组合A下Point Groups下的ERS.txt，列表中出现所有ERS点。然后开始转站，初始三个点人工引光后其余指光再测量。满足最小包络原则，选择尽可能多的检测点，至少需要6个检测点，转站误差不大于0.3mm，完成仪器定位。

通过选择仪器编号0、1、2、3等切换仪器，按照上述步骤，完成所有仪器转站。

1.3 工艺集成系统准备

打开工艺集成管理系统，点击“新建任务”，配置机型和架次，若架次已存在则直接选择，若架次不存在则直接输入文本框，点击“新建”，完成新建任务。

1.4 集成控制系统准备

1.4.1系统初始化

打开集成控制系统软件进入主界面，点击“初始化”按钮，进入系统初始化主界面，点击“系统配置”，进行系统配置，检查所有电气、运动控制卡、运动控制网络节点是否正常，若系统配置失败，请根据提示查找原因。

系统配置完成后，切换到自动模式下，工艺集成管理系统向集成控制系统发送系统初始化任务，完成机型、架次和设备零点的配置。

1.4.2系统自检

点击“系统自检”按钮，进入系统自检子界面，集成控制系统会自动返回自检成功的命令，但不运动。

集成控制系统切换到人工模式，主界面点击“初始化”，再点击“设备自检”，再点击“前机身定位器”、“中机身定位器”或“后机身定位器”，进入自检界面，然后点击具体的自检定位器或全部自检，完成单个定位器或部件所有定位器的自检。

第二章吊装入位

吊装入位任务主要包括前机身吊装入位、中机身吊装入位和后机身吊装入位。以中机身吊装入位为例。

2.1 吊装入位准备

确保212工位的中机身下架球头支撑数据更新到数据库中机身吊装入位任务中

2.2 入位支撑

将集成控制系统切换到自动模式下，在工艺集成管理系统下执行中机身入位任务，按左侧界面提示执行即可;

工艺集成管理系统结束任务，生成任务报告。

2.3 单点操作

单个定位器操作通过集成控制系统，切换到人工模式，主界面点击“机身吊装”，选择“中机身”，进入中机身吊装主界面，首先点击“吊装准备”取消电机抱闸，然后点击“工作配置”，输入定位器目标位置，确认相关注意事项，进行各个定位器不同步运动。

第三章调姿

调姿任务主要包括前机身调姿、中机身调姿和后机身调姿。以中机身调姿为例

3.1 调姿准备

确保数据库系统相关检测点的理论数据正确，中机身调姿任务相关参数配置正确;

将控制系统切换到自动模式下，数字化测量系统已转站就绪;

在工艺集成管理系统任务管理界面，点击“中机身调姿”，进入中机身调姿界面;点击“部件调姿”开始调姿任务，向集成控制系统和数字化测量系统发送系统准备任务，集成控制系统根据提示完成取消抱闸等相关任务，自动返回系统准备成功命令。

3.2 激光测量

工艺集成管理系统接收到系统准备成功命令后，点击“激光测量”，进入激光测量子界面，列表中显示检测点数据，再点击“激光测量”将所有勾选检测点的数据发送给数字化测量系统进行自动指光测量，测量完成后自动返回测量结果。

3.3 姿态评价

点击“姿态评价”进入姿态评价子界面，进行点超差和左右侧检测点对称性等数据分析，点击“设定目标姿态”按钮，进入设定目标姿态界面可以查看定位器的运动量，调姿后的检测点的预计超差。通过修改理论目标位姿，可查看调整到该位姿下的定位器运动量和检测点的预计超差。

3.4 路径规划

姿态评价确定部件当前姿态后，点击“路径规划”，进入路径规划子界面，将部件的当前姿态和设定目标姿态发送给集成控制系统进行定位器运动路径规划，接收到集成控制系统返回的路径规划数据，界面显示定位器的移动量、当前位置及目标位置。

3.5 姿态调整

确定路径规划定位器运动量后，点击“姿态调整”，进入姿态调整子界面，向集成控制系统发送姿态调整命令，集成控制系统弹出相关确认对话框，确定后进行运动。

3.6 激光测量

点击“激光测量”进入激光测量子界面，向数字化测量系统发送检测点数据，数字化测量系统完成自动指光测量后自动返回测量结果。

3.7 姿态评价

点击“姿态评价”进入姿态评价子界面，进行点超差和左右侧检测点对称性等数据分析，点击“设定目标姿态”按钮，进入设定目标姿态界面可以查看定位器的运动量，调姿后的检测点的预计超差。通过修改理论目标位姿，可查看调整到该位姿下的定位器运动量和检测点的预计超差。

若不满足要求，则可通过勾选不同检测点再次进行姿态评价和姿态调整操作。点击“重新调姿”进行路径规划，回到3.4步骤。

第四章对接

对接任务主要包括前中机身对接和中后机身对接。以前中机身对接为例。此操作通过集成控制系统人工模式下操作即可。

4.1 对接准备

主界面点击“机身对接”，选择前中对接，进入前中对接界面，点击“对接准备”，按照弹出对话框取消电机抱闸，完成对接准备。

4.2 机身对接

点击“对接准备”，确认相关运动条件，输入运动量，确认运动即可。

第五章定位器撤离

一、系统初始化：点击【初始化】按键，进入系统初始化界面，点击【系统配置】按键，选择“调姿模式”;

二、定位器撤离：返回主界面，点击【定位器撤离】按钮，根据实际需要，选择“十定位器下架 / 六定位器下架”模式;

三、进入定位器撤离操作界面，分别选择不同的定位器，在定位器单独控制界面中（如XXX复位），首先降低相应定位器的Z轴，使球头/球窝脱离，后继续将定位器Z轴降低一定的高度，便可通过“复位”功能将定位器运动至设备零点;

四、定位器撤离界面中【定位器撤离】按键无实际功能，仅提醒需要进行相应的工艺操作。

第六章整机下架

一、系统初始化：点击【初始化】按键，进入系统初始化界面，点击【系统配置】按键，根据当前下架方式（六定位器下架 / 十定位器下架），选择相应的下架操作;

二、整机下架：返回主界面，点击【整机下架】按键，进入整机下架界面，点击【旋转路径】按键，根据对话框内容输入相应的数据，点击确定;系统计算出旋转路径后将显示路径数据，校验数据是否在正常值范围内，点击对话框上“确定”按钮，完成旋转路径规划;

三、点击【整机旋转】按钮，完成整机调平工作;

四、点击【整机下架】按钮，弹出“整机升降”对话框，输入相应的数值，完成下架工作;

五、定位器撤离：整机落地后，返回主界面，点击【整机出站】按钮，进入整机出站界面;

六、分别点击界面中的具体定位器，在弹出的定位器单独运动控制对话框中，可通过单轴控制 / 复位的方式将相对应的定位器复位至零点位置;“复位”操作的工作步骤为：先降低高度方向（Z轴）至零点，后X、Y轴同时复位，防止高度方向有干涉;

七、所有定位器复位后，退出系统，下电，完成定位器撤离。

参考文献：

[1]卢小勇.基于激光跟踪仪的飞机部件对接调姿软件系统设计与开发.上海交通大学硕士论文，2012

[2]张旭.飞机大部件对接装配过程中的干涉检测技术研究.浙江大学博士论文，2008

[3]邹方;薛汉杰;周万勇;徐国康.飞机数字化柔性装配关键技术及其发展，航空制造技术，2006

[4]吴维江，基于DELMIA的飞行器虚拟装配技术研究与应用，南京航空航天大学硕士论文，2008

[5]张祥祥;王仲奇;康勇刚.飞机柔性装配集成控制技术研究，锻压装备与制造技术，2011

[6]范林;王哲.模块化技术在飞机研制中的应用，航空科学技术，2010

作者简介：

吴亚楠，江苏南通，1989年5月，本科，研究方向 激光跟蹤仪在飞机对接装配中的应用。