大尺寸复杂曲率壁板高精度定位技术
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作者:解倩靓
摘 要：作为一类薄壁件产品，飞机机身装配过程的定位精度直接影响飞机性能，飞机的装配质量和飞行寿命也会同时受到较为深远影响。基于此，本文研究简单总结了大尺寸复杂曲率壁板结构特点与定位约束要求，并深入探讨了大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位技术选用，希望研究内容能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：大型飞机 高精度定位 复杂曲率 激光跟踪仪
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0118-02
大尺寸复杂曲率壁板近年来在我国大型飞机领域的应用日渐广泛化，大尺寸复杂曲率壁板的装配也因此受到业界广泛关注。在具体装配过程中，以蒙皮为基准的飞机壁板装配仍广泛应用于大尺寸复杂曲率壁板的装配，因此本文研究也主要围绕作为装配起点的蒙皮展开。
1 大尺寸复杂曲率壁板结构特点与高精度定位要求
1.1 结构特点
本文研究的大尺寸复杂曲率壁板同样由蒙皮、加强筋、长桁、加强框组成，属于典型的复合材料整体壁板，具备气密性、刚性好、重量轻等特点，由于具备同时成型的蒙皮、加强筋、长桁、加强框一体化结构，这一壁板具备外形曲面曲率变化复杂的特点，大尺寸复杂曲率对定位精度控制提出了较高挑战。受到复合材料整体壁板特性影响，本文研究的大尺寸复杂曲率壁板还需要处理变形、协调、厚度超差等方面问题，这也使得高精度定位的难度进一步提升[1]。
1.2 高精度定位要求
由于研究对象大尺寸复杂曲率壁板属于复合材料整体壁板，因此其不仅需要用于机身外形的保证，还需要承受集体传递的剪切、弯曲、扭转等载荷，因此在大尺寸复杂曲率壁板的定位过程中，由于部分区域需承受较大载荷，必须针对性保证其具备较高外形定位精度，即保证蒙皮阶差、间隙较小，并拥有较低的框外形缘公差，本文研究仅围绕高精度要求定位区域展开。为满足高精度定位要求，大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位可围绕自动定位方式和手动定位方式展开。所谓自动定位方式，指的是通过自动定位装置，不采用工艺耳片孔实现的高精度定位，如POGO柱阵列、工业机器人，定位过程可实现对满足大尺寸复杂曲率壁板定位精度要求的最优姿态计算，并将计算得出的参数传递给自动定位系统，实现定位。手动定位方式需采用数控机床，针对性开展工艺孔加工，并在设计环节预留工装孔与工艺孔的配合间隙，具体的高精度定位基于系列尺寸的定位销实现，工装定位孔与工艺耳片孔轴线之间的位置关系属于高精度定位的关键，部件定位位姿优化可通过多次筛选和反复试装实现，满足大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位要求[2]。
2 大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位技术选用
2.1 传统技术应用
为满足大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位需要，可采用壁板蒙皮工艺耳片孔定位与蒙皮对缝余量补偿法两种传统技术，以此实现高精度定位目标。在壁板蒙皮工艺耳片孔定位技术的应用中，需基于大尺寸复杂曲率壁板的形状及尺寸，安装第一与第二新工艺耳片，安装部位应在原工艺耳片两侧，由此针对性钻制定位孔，即可满足高精度定位需要。在具体实践中，需结合大尺寸复杂曲率壁板应用机型的技术条件及具体的工艺耳片分布情况，以此准备相同材料的第一与第二新工艺耳片，二者厚度应为蒙皮厚度的1/2。需结合原工艺耳片尺寸外形，开展针对性加工与实际外形锉修。基于装配工装上大尺寸复杂曲率壁板蒙皮定位方式，在蒙皮上原工艺耳片上下两侧采用夹持的方式分别放置第一与第二新工艺耳片，夹紧采用工艺夹紧器。新工艺耳片与原工艺耳片采用沉头铆钉钻制“一”字方向的连接孔，这一过程需保证蒙皮原耳片定位孔中心与铆钉孔中心距离最小为2倍铆钉直径。基于大尺寸复杂曲率壁板蒙皮外形，即可针对性钻制新耳片孔于新工艺耳片上，更好满足机型技术要求，满足大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位需要。在完成全部装配工序后，可分离蒙皮与新工艺耳片连接的沉头铆钉，并去除原工艺耳片，由此即可满足快速高精度定位需要;而在蒙皮对缝余量补偿法的应用中，需满足外蒙皮间存在的较为严格对缝间隙要求，保证对缝间隙控制在1mm内，为实现这一目标，需保证加工过程的蒙皮边缘留有一定余量，由此确定修配余料大小，即可按蒙皮对间隙要求，更好满足大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位需要，余量补偿法的应用可在其中发挥较为积极作用。值得注意的是，真空吸附大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位中的应用也需要得到重视，通过准备真空吸附夹具、贴合真空吸附夹具边缘挡件与蒙皮壁板边缘，即可更好服务于高精度定位，点阵式吸盘的针对性应用也需要得到重视。
2.2 新技术应用
为更好满足大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位需要，本文建议采用激光跟踪仪这一高精度数字化测量设备。激光跟踪仪具备操作简单方便、测量精度高、测量范围广等优点，基于两个角度编码器和自身激光测距仪，可实现对目标点距离测量坐标系旋转角度和直线距离的实时测量，测量点的空间三维坐标可通过进一步坐标转换获得，因此其早已广泛应用于发达国家飞机制造领域。对于本文研究的大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位来说，基于激光跟踪仪的定位技术应用具备较高实用性，为获得大尺寸复杂曲率壁板定位孔及外形点云的空间位置姿态，需采用激光跟踪仪的附件T-probe与T-scan。
作为球坐标测量系统，激光跟踪仪本身附带温度传感器，能够实时监控测量过程中的现场温度变化，并基于测量数据实现针对性补偿，因此大尺寸复杂曲率壁板的定位精确性可得到更好保障。通过附件T-probe、附件T-scan的综合应用，即可更好满足高精度定位需要。在附件T-probe的应用中，其属于无线通讯接触式测量设备（可移动手持式）其能够较好服务于大尺寸复杂曲率壁板的外形结构测量，在大尺寸复杂曲率壁板工装定位孔和工艺耳片孔的测量中，附件T-probe的应用可围绕拟合圆柱轴线展开，工装定位孔和工艺耳片孔的位置关系可由此获得。附件T-scan属于高速扫描仪器（非接触式），通过固定连接工业机器人等可移动控制设备，即可较好服务于测量工作。在对大尺寸复杂曲率壁板加强框和蒙皮区域的扫描中，附件T-scan可通过扫描获得外形点云，满足高精度定位需要。在具体的激光跟踪仪高精度定位过程中，测量可分别围绕大尺寸复杂曲率壁板结构件下测量和装配型架测量展开，前者测量需通过测量外形与工艺孔，获得外形点坐标与工艺孔坐标，以此逐步明确外形最优配准、最优部件装配位姿、最优工艺孔位置。装配型架测量需首先开展定位孔测量，以此实现孔点云定位、孔轴线定位，并结合最优工艺孔位置，开展同轴度计算，最终计算定位销尺寸，结合向下近似原则，及测量获得不同定位孔处的定位销尺寸，即可最终实现大尺寸复杂曲率壁板的高精度定位。
3 结论
综上所述，大尺寸复杂曲率壁板高精度定位技术的应用需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的传统技术应用、新技术应用等内容，则提供了可行性较高的大尺寸复杂曲率壁板高精度定位技术应用路径。为更好发挥技术优势，相关系统软件的针对性设计必须得到重点关注。
参考文献
[1] 肖庆东，甘露，尚江坤，梁雪梅.复合材料壁板单面紧固件机器人自动钻铆技术[J].航空制造技术，2019，62（15）：42-48.
[2] 李義，叶宏军，翟全胜.纵横加筋碳纤维复合材料壁板整体成型技术研究[J].科技与创新，2018（4）：46-48.
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