针航空复材检测在飞机外形领域重要性的探索

飞机蒙皮是构建飞机气动外形的重要组成部分，具有尺寸大、种类多、易变形、待测特征复杂等特点。由于直接承受空气动力，蒙皮零件的设计、制造和质量检测在飞机生产制造过程中至关重要。随着我国航空制造领域的发展，依靠胎模固定蒙皮配合人工经验的传统方法已经无法满足飞机检测中高精度、高可靠性要求，相应的数字化检测技术需求愈加迫切。

为了检验产品是否满足设计要求，测量是生产过程中的重要环节。现代飞机为了实现更好的气动性能与隐身性能，对蒙皮外形准确度提出了严格的要求，同时也对测量技术提出了很大的挑战。

传统测量方式

目前，针对飞机蒙皮零件型面的测量主要使用三坐标测量机和胎模检测方法等，其中三坐标测量机可以获得高精度测量数据，但测量时间过长导致生产周期大幅增加，并且需要多人配合上下料工作移动至三坐标测量室才能完成测量，极大的损耗人力物力。而胎模检测法本质上通过人工检验判断飞机蒙皮型面加工是否满足尺寸，缺乏准确数据。非基础式光学测量目前主要针对特征较明显的零件，面对大体积且曲率变化较小的飞机零件测量往往通过手持式测量设备实现。该方法虽然可以获得零件外尺寸数据，但本质依然是依靠人工完成测量过程。

图1：Radian激光跟踪仪（左）及合作靶标（中：靶球、右：vProbe隐藏点测头）

专用测量方法

航空制造企业正积极推进数字化测量技术的应用，如利用激光跟踪仪技术快速获取复杂型面点数据，实现飞机蒙皮曲面的快速测量。针对蒙皮的边缘轮廓以及整体型面，我司定制开发了专项应用，不仅改善成品的检测工艺，也在前期模具生产和调试阶段提供有力的测量手段。为了进一步提高航空制造业生产自动化水平、减小测量人员的劳动量、提高检测效率及数据质量、加速航空制造业向智能制造转变的进程，我司对航空零部件的精确、快速测量方法进行了一系列探索：

图2：飞机蒙皮切割线位置示意

图3：vProbe隐藏点测头及部分型号测针

1、针对蒙皮外形轮廓，可采用API品牌一代Radian型号激光跟踪仪，结合高精度反射靶球SMR，操作人员仅需要手持靶球，采集蒙皮型面数据；

2、针对蒙皮边缘轮廓和中间的切割线，即使用靶球也无法直接采集的部分，可通过使用隐藏点测头测针的方式（请参考图3），采集切割线位置信息；

3、最后在软件中通过和理论模型通过基准点对齐，快速分析出基准误差、型面变形和切割线误差，给质量和生产工艺提供可靠的改进数据。

图4：飞机蒙皮部件测量现场及部分误差数据

图5：实操蒙皮部件测量点位/轨迹（主图）&型面偏差（右下小图，数据经模糊处理）

该应用主要具备以下优势：

①  高精度测量调装

API品牌的Radian系列激光跟踪仪，以其超高的精度（μm，0.001mm），可充分满足大型生产设备现场测量调试，复杂环境下也可满足100μm的测量要求；配合Autolock自动接光系统为用户提供更灵活、友好的测量手段。

图6：高精度调装&模具实时调整

②  测量环境不受限制

高度集成一体化设计，且具备直径100米测量范围的Radian Core，不论是在测量工位还是直接外出到客户现场上进行调装测量，只需将设备稳定架设，不用担心距离受限或工件过大引起的无法测量问题，操作者仅手持高精度反射靶球以1000点/秒的速率采集数据即可。

③  Autolock自动接光系统

一次定位，可测量所要求的所有尺寸。Radian激光跟踪仪集成有智能摄像头，通过其Autolock功能，即可实现在靶球移动到下一个孔位置自动搜索并快速锁定靶球，使测量作业保持流畅，让操作者将精力集中在测量作业本身。

④  模具实时调整

不仅可以对产品进行检测，也可以通过不良品反向推导模具加工工艺问题，实时对模具进行调整。从根源上解决不良品问题。