助力大型飞机装配！便携式非接触轮廓扫描系统问世|Engineering

在航空航天等高端装备制造过程中，大型零部件装配至关重要，其工作量往往达到整体制造过程的50%及以上。此外，飞机零件尺寸大、装配关系复杂等严重制约核心部件的装配精度，需对核心部件的装配体进行定期检测。鉴于飞机制造过程中采用大量的大型曲面结构，装配精度难以精确控制，直接影响整机装配质量，因此对核心装配部件关键点及关键形面的检测极为重要。

大连理工大学刘巍研究团队在中国工程院院刊Engineering 2022年8月刊发表了题目为《一种飞机装配用便携式非接触轮廓扫描系统》的研究性文章，提出一种兼顾精度与效率的非接触式自动化测量系统和方法。首先，文章以距离传感器辅助摄影测量，建立了一种非接触式三维坐标复合测量系统，避免被测表面高反光对摄影测量精度的影响。同时，文章建立了一种蕴含距离传感器一维测距信息与视觉全局转换关系的复合式坐标测量模型，高精度解算被测量点的三维坐标。其次，文章构建了一种轮廓信息驱动的形面自动扫描方法和策略，在距离传感器有效量程内实现形面的非接触快速扫描与轮廓重建。最后，文章在某型号飞机平尾升降舵（尺寸约1760 mm × 460 mm）装配过程中对所提系统及方法进行现场试验与精度分析。文章表明，整个测量过程用时仅208 s，形面轮廓重建精度优于0.121 mm，因此，鉴于大型飞机装配过程中形面轮廓的高精度和高效率测量要求，所提系统及方法具有广阔应用前景。

值得注意的是，形面测量方法包括接触式和非接触式扫描两种。激光跟踪仪和三坐标测量仪等接触式测量通常采用测量头接触被测件，并获取形面的三维轮廓信息；然而，对于表面质量要求严苛的零件，接触式测量将降低被测表面质量，尤其在曲面自动测量过程中，测量头将不可避免地过度接触形面或与形面分离，需进行人工干预。工业摄影测量和激光扫描等非接触式测量主要采用光学手段进行轮廓扫描，然而，对于高反光形面，图像或光条极易出现过度曝光，从而降低测量精度。

鉴于激光跟踪仪测量过程耗时最长，但精度最高，因文章采用激光跟踪仪测量结果作为标准值，所以测量点数量较多，形面重建精度较高。在效率方面，在激光跟踪仪测量过程中，人工测量456个点，耗时约985 s，每个点平均测量时间为2.16 s。与基于激光跟踪仪测量相比，摄影测量共40个点，耗时341 s，平均每个点耗时8.53 s。然而用文章提出的方法扫描349个点，耗时仅208 s，每个测量点耗时约0.60 s。在精度方面，因文章提出的方法效率高、获取测量点信息量大，精度明显优于同等设备条件下的摄影测量方法。文章提出的方法的形面重建误差为0.003⁓0.378 mm，平均误差为0.121 mm。综上所述，文章提出的方法和系统兼顾飞机装配过程中测量精度及效率的严格要求，可对大尺寸形面进行非接触自动化快速检测。

以上内容来自：Bing Liang, Wei Liu, Kun Liu, Mengde Zhou, Yang Zhang, Zhenyuan Jia. A Portable Noncontact Profile Scanning System for Aircraft Assembly [J]. Engineering, 2022, 15(8): 207-214.