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预见问题、少无返工,这都是大尺寸测量能干的事!雅顿激光跟踪仪
- 2019-08-05-

       当前航空制造业朝着高精度、低成本、柔性化、数字化的方向快速发展,飞机零部件的加工和装配越来越依赖于大尺寸测量技术和系统提供的技术保证。因为一方面,飞机产品零部件尺寸越来越大、整体结构越来越多而精度要求越来越高,尤其是其中的关键特性。另一方面,在航空产品制造的全球协作精益化生产要求的背景下,要求大型复杂零部件能在全世界各地生产并能够无缝集成、统一装配,做到“统一协调、提前预见问题、少无返工”。同时,随着航空企业生产数字化程度的提高,要求形成产品设计、工艺规划、制造、检验等环节集成于一体的产品闭环制造数字链,对生产的各环节进行有效的沟通和馈,保证产品的制造装配质量和产品制造周期中信息的统一性和交互性。

大尺寸测量技术在航空制造业的应用

       航空制造工程中应用的大尺寸测量系统经历了从简单的望远镜和经纬仪到较现代的激光跟踪仪、激光雷达及摄影测量。20 世纪90 年代随着产品直接测量的逐渐渗入,产品的质量已不完全依赖“硬”工具和夹具保证。近几年又出现了自动化程度较高的非接触、六自由度测量系统。目前,大尺寸测量系统及技术在国内外航空制造行业得到了广泛的应用。利用数字化的测量设备及技术,结合先进的工艺装备技术、计算机技术、传感器技术、机器人技术等,通过使用统一的测量数据集,对飞机的零件加工、工装制造、部件装配和总装对接等各个阶段进行准确操作和严格检测,不仅可以提高检测效率和精度,节省大量成本和时间,而且可以保证生产过程的各阶段信息的互操作性和集成性,将检测信息反馈给上游的工程设计阶段,对产品及工艺、工装等设计进行修改、优化。概括起来,在航空制造中,大尺寸测量系统及技术主要有以下几个方面的应用。

1.产品及工装性能验证

       产品/ 工装的几何尺寸和形位误差的检测是保证整套机械产品质量的关键。相对于传统的检测工具,大尺寸测量系统具有量程大、精度高、机动灵活等优点,可以对零部件的精度特别是关键特性进行快速验证。基于新一代产品几何量技术规范(GPS)理论,把检验认证阶段的测量值与设计的规范值作较,以确定实际产品/ 工装是否达到规范要求,并通过不确定度将规范和认证集成,保证设计功能的实现和认证结果的可溯源性,实现产品和工装的快速验证。

2.大型机床的空间误差检定及补偿

      飞机壁板、梁框等大型构件的加工需要使用大型多轴数控机床。由于滚珠丝杠及齿轮的磨损、金属疲劳等因素会使机床工作时产生误差,大型机床需进行定期调校。传统的21项误差补偿法方法耗时,效率不高。随着大尺寸测量系统的进一步发展,美国制造科学中心研究开发了空间误差补偿技术(VEC),其测量方法简单,测量仪器安装简便,只需对激光跟踪仪以及活动靶标进行简单的安装就可解决大型5 轴、6 轴机床的调校工作,可大幅减小因仪器安装等因素造成的额外误差,提升效率的同时降低热漂移带来的影响。(苏州雅顿测量中心提供大尺寸激光跟踪现场测量,欢迎咨询!)

3.大尺寸制造系统的在机检测

       在机检测技术指测量仪器进入生产现场、融入生产线、监控生产过程,在机床上进行测量,可以方便工件的安装调整,减少搬运装卸次数,提高生产效率。同时,在机测量可以及时发现制造过程中的问题,通过调整加工工艺参数和引入误差补偿等措施及时修正问题,并将信息反馈到上游设计阶段。大尺寸在机检测技术可以应用于数控切削、水切割、成形等工艺中。例如,三菱重工承担的波音787 机翼蒙皮生产系统中,将两台激光雷达放在水切割龙门架上,边切割边测量,形成自动化的闭环制造系统,大大提高了生产效率和精度。

4. 测量辅助装配技术

       测量辅助装配技术是先进数字化测量系统在产品数字化装配中的重要应用,它综合应用产品数字化定义、数字化模拟仿真、自动跟踪测量、自动控制和机械随动定位等先进技术,利用大尺寸测量仪器对装配体各部件位姿参考点(基准点)跟踪测量,验证部件间相对位姿是否符合技术要求,并指导调整各部件的位姿,完成装配。在部段对接装配时,首先在对接部件上设置一些关键特性点,然后通过数字化测量设备测定这些关键点的坐标值,并通过机械装置、控制系统等进行调整,使关键点的实际坐标值接近理论坐标值,来确保装配关系。

5.零部件及工装的逆向工程

       逆向工程可扩大数字技术在备件制造、计算流体动力学模型精度验证以及产品质量保证等领域内的应用。通过大尺寸测量设备及软件将飞机零部件及工装(如模具、样板等)的实物产品转化变成精确的数字模型,可以缩短产品的设计、开发周期,加快产品的更新换代速度,降低开发新产品的成本与风险,加快产品的造型和系列化设计。

6.机器人位姿标定与测量

       机器人技术已在飞机大型零部件的自动钻铆、激光焊接、表面材料涂覆、复合材料加工、自动化装配中得到较广泛的应用。在这些应用中,为提高机器人操作臂的定位精度,标定是必需的步骤。机器人标定是指利用先进的测量手段和基于模型的参数识别方法辨识出机器人模型的准确参数,从而提高机器人精度。标定过程中,测量手段是一个极其重要的因素,大尺寸测量系统,如CCD 照相测量系统,激光跟踪测量系统等,都广泛地应用于工业机器人的标定。