飛機的測量輔助裝配技術

　　測量輔助裝配技術（Measurement Aided Assembly，MAA）是飛機數字化裝配技術的重要組成部分，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，將裝配現場的零部件信息映射到理論數模中，縮短了尺寸傳遞路線，減少了對工裝夾具的依賴，將飛機裝配過程中原本由人工完成的修配、定位安裝工作變成使用自動化技術來完成，通過數字化三維測量技術獲得零部件的真實狀態信息，驅動自動化設備（如工業機器人、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MAA系統也被隨之開發出來。

　　本文從測量輔助裝配技術的基本概念出發，闡述了該技術在零部件定位、補償和大部件對接的應用，總結了其關鍵技術，并對該系統的技術開發提出了建議。

　　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，在裝配過程中對裝配對象進行實時測量，由獲得的幾何空間信息來指導定位和調整，保證對接工藝。國內的文獻一般認為，測量輔助裝配技術的系統組成應當包括2個方面［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。

　　首先，測量輔助裝配系統的功能是通過數字化的測量設備將裝配現場的幾何信息映射到處理器中，同設計數模進行比較對照，并反饋結果指導裝配。系統使用通用的設備實現了裝配現場工作與設計數模的協調，從而減少了對傳統專用夾具樣板的需求，提高了飛機裝配的柔性和敏捷性。從這一點出發，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，飛機裝配的自動化也是技術發展的必然要求，加上人工操作受到操作者的技術、經驗和體力的限制，在實施測量輔助裝配時，普遍使用機電執行系統來完成裝配操作，但是確實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，這項技術的基本功能是實現裝配現場零部件空間幾何信息和設計數模的對比協調，測量系統只是獲得幾何信息的技術環節，關鍵的對比協調環節需要開發相應的軟件完成。

　　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。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，并產生相應格式的信號驅動機電執行機構動作。考慮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時常使用的定位方法，定位準確度高，能夠保證各類結構件的裝配準確度要求，缺點是需要大量專用的工裝夾具，生產準備周期較長，測量輔助裝配技術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，以此驗證在生產環境下的實時裝配系統。經過和BAE Systems公司、Airbus公司、Bombardier Shorts Brothers公司、英國國家物理實驗所的協作，項目于2001年10月結束，成功地開發了適于嵌入制造控制循環的立體照相測量系統，成功地將帶有OMC立體照相測量技術的六自由度工業機器人用于裝配和鉆孔。

　　OMC系統使用KUKA工業機器人作為執行機構，但是標準工業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個或多個智能攝相機來確定零部件的位置，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。為了滿足實時測量的需要，OMC系統使用硬件圖像處理器和以太網通信，可以對多達170個目標圖像的2-D位置進行實時計算（每秒25~50次），同時使用編碼靶標（coded targets）輔助測量。