飛機的測量輔助裝配技術(shù)

　　測量輔助裝配技術(shù)（Measurement Aided Assembly，MAA）是飛機數字化裝配技術(shù)的重要組成部分，它使用了數字化定義模型和三維數字化測量設備輔助裝配工作，將裝配現場(chǎng)的零部件信息映射到理論數模中，縮短了尺寸傳遞路線(xiàn)，減少了對工裝夾具的依賴(lài)，將飛機裝配過(guò)程中原本由人工完成的修配、定位安裝工作變成使用自動(dòng)化技術(shù)來(lái)完成，通過(guò)數字化三維測量技術(shù)獲得零部件的真實(shí)狀態(tài)信息，驅動(dòng)自動(dòng)化設備（如工業(yè)機器人、定位器）完成相應的裝配工作，從而提高了飛機制造的柔性、敏捷性，它也受到飛機制造商的廣泛重視，多個(gè)MAA系統也被隨之開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　本文從測量輔助裝配技術(shù)的基本概念出發(fā)，闡述了該技術(shù)在零部件定位、補償和大部件對接的應用，總結了其關(guān)鍵技術(shù)，并對該系統的技術(shù)開(kāi)發(fā)提出了建議。

　　測量輔助裝配系統的基本概念

　　測量輔助裝配是基于裝配對象的設計數模，依靠數字化三維測量系統，在裝配過(guò)程中對裝配對象進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，由獲得的幾何空間信息來(lái)指導定位和調整，保證對接工藝。國內的文獻一般認為，測量輔助裝配技術(shù)的系統組成應當包括2個(gè)方面［2-3］： 一是數字化測量定位系統；二是機電執行系統。但本文持以下不同意見(jiàn)。

　　首先，測量輔助裝配系統的功能是通過(guò)數字化的測量設備將裝配現場(chǎng)的幾何信息映射到處理器中，同設計數模進(jìn)行比較對照，并反饋結果指導裝配。系統使用通用的設備實(shí)現了裝配現場(chǎng)工作與設計數模的協(xié)調，從而減少了對傳統專(zhuān)用夾具樣板的需求，提高了飛機裝配的柔性和敏捷性。從這一點(diǎn)出發(fā)，機電執行系統不應當是測量輔助裝配系統的必要組成部分。誠然，飛機裝配的自動(dòng)化也是技術(shù)發(fā)展的必然要求，加上人工操作受到操作者的技術(shù)、經(jīng)驗和體力的限制，在實(shí)施測量輔助裝配時(shí)，普遍使用機電執行系統來(lái)完成裝配操作，但是確實(shí)存在人工完成最終裝配操作的案例。

　　其次，雖然使用數字化測量設備是MAA的重要特征，但僅有數字化測量系統并不足以完成測量輔助裝配系統的全部功能，這項技術(shù)的基本功能是實(shí)現裝配現場(chǎng)零部件空間幾何信息和設計數模的對比協(xié)調，測量系統只是獲得幾何信息的技術(shù)環(huán)節，關(guān)鍵的對比協(xié)調環(huán)節需要開(kāi)發(fā)相應的軟件完成。

　　綜上所述，狹義的測量輔助裝配系統應當由3部分構成：數字化測量定位系統、數模對比協(xié)調系統和反饋系統。其中，數字化測量定位系統由一種或多種數字化測量設備構成，用于提供零部件的空間幾何信息；數模對比協(xié)調系統是一臺或者多臺存儲有飛機設計數模的計算機，使用相應的應用軟件，完成現場(chǎng)幾何信息與數模的對比；反饋系統用于向裝配執行者反饋對比結果，一般應當具有圖形顯示終端，將對比結果以圖形化的方式顯示出來(lái)。如果系統附帶有機電執行機構，反饋系統應當能夠根據對比結果計算相應的裝配運動(dòng)，并產(chǎn)生相應格式的信號驅動(dòng)機電執行機構動(dòng)作?？紤]到某些飛機裝配工作人工較難完成，廣義的測量輔助裝配系統還應當包括機電執行系統。

　　測量輔助零部件定位

　　使用工裝夾具定位是傳統飛機批量生產(chǎn)時(shí)常使用的定位方法，定位準確度高，能夠保證各類(lèi)結構件的裝配準確度要求，缺點(diǎn)是需要大量專(zhuān)用的工裝夾具，生產(chǎn)準備周期較長(cháng)，測量輔助裝配技術(shù)則為減少準備周期提供了可能的途徑。

　　OMC（Optical Metrology Centre）項目是 JAM（Jigless Aerospace Manufacture）項目的一個(gè)子項，目的是在六自由度機器人平臺上引入立體照相測量技術(shù)，以此驗證在生產(chǎn)環(huán)境下的實(shí)時(shí)裝配系統。經(jīng)過(guò)和BAE Systems公司、Airbus公司、Bombardier Shorts Brothers公司、英國國家物理實(shí)驗所的協(xié)作，項目于2001年10月結束，成功地開(kāi)發(fā)了適于嵌入制造控制循環(huán)的立體照相測量系統，成功地將帶有OMC立體照相測量技術(shù)的六自由度工業(yè)機器人用于裝配和鉆孔。

　　OMC系統使用KUKA工業(yè)機器人作為執行機構，但是標準工業(yè)機器人的剛度和定位精度不足以應對航空裝配的需求，因而OMC項目使用2個(gè)或多個(gè)智能攝相機來(lái)確定零部件的位置，構成位置控制系統，引導機器人完成裝配操作。照相測量系統采用執行終端（end-effector）布局，只測量執行終端附近的空間，這樣可以降低對測量精度的要求。為了滿(mǎn)足實(shí)時(shí)測量的需要，OMC系統使用硬件圖像處理器和以太網(wǎng)通信，可以對多達170個(gè)目標圖像的2-D位置進(jìn)行實(shí)時(shí)計算（每秒25~50次），同時(shí)使用編碼靶標（coded targets）輔助測量。