一种基于三维激光投影的飞机装配定位方法

技术领域

本发明设计飞机制造技术，属于飞机的数字化装配技术领域，一种基于三维激光投影的飞机装配定位方法。

背景技术

传统的飞机装配定位包括画线定位、装配工装定位、基准零件定位等方法，目前飞机制造时单独或综合使用这几种方法进行零件、紧固件孔位的定位。现有技术中，画线定位存在效率低、精度差的问题；装配工装可有效解决定位精度问题，但受操作空间、经济成本等因素影响，多种类型的零件一般不设置定位工装，例如飞机各系统安装支架、零组件对接处的连接片等，此类零件通常采用依靠基准产品和画线定位的方式，精度和效率都不高；对于连接关系复杂、不便直接取制导孔的零件，传统采用画线制孔或样板制孔，导致制孔效率低、精度差，且如果产品设计发生变更，钻孔样板也要相应更改，导致重复投入成本较高；飞机装配中，工装及零件质量问题往往难以及时发现，在出现装配问题后才会去检查，造成更大的质量损失。

发明内容

为解决现有技术中画线定位效率低、精度差，工装定位成本高，设计变更产生工装重复投入，无法及时发现关键装配区域零件质量等问题，本发明的目的在于提出一种基于三维激光投影的飞机装配定位方法，面向基于产品模型技术利用激光投影原理完成零件、紧固件孔定位和重点区域定位准确度检查的飞机装配定位。

一种基于三维激光投影的飞机装配定位方法，含有第一装配件和第二装配件，已知第一装配件和第二装配件的设计数模，在第一装配件实体上建立与第二装配件的装配定位关系，其特征在于包含以下内容：1)有一个投影设备，该投影设备关联一个控制计算机；2)将第一装配件的设计数模和第二装配件的设计数模输入控制计算机内，形成第一装配件与第二装配件的模拟装配关系；3)将投影设备放置在第一装配件实体附近的合适位置，使投影设备可采集到第一装配件实体的特征点；4)使用投影设备采集第一装配件实体的特征点，在控制计算机内将第一装配件实体的特征点与第一装配件的设计数模关联，形成第一装配件和第二装配件的设计数模与第一装配件实体之间的对应关系；5)根据上述的对应关系，通过投影设备将第二装配件的三维轮廓投影在第一装配件实体的装配位置上，建立第一装配件实体与第二装配件三维轮廓投影的装配定位关系；6)依据第一装配件实体与第二装配件三维轮廓投影的装配定位关系，将第二装配件实体与第二装配件的三维轮廓投影对应，实现第二装配件实体与第一装配件实体装配定位关系。

所述的第一装配件是飞机部件和装配工装时，特征点选取工装上的光学目标点或增强参考点。

所述的第一装配件是飞机部件时，特征点选取飞机部件上的基准面或基准孔。

当第二装配件是零件时，把零件数模输入控制计算机，投影设备以激光线条的形式将零件的三维轮廓线投影到安装位置，操作人员再将该零件实物的每条边与所投影的激光轮廓线重合，就可以实现零件的准确定位。

当第二装配件是紧固件时，需要在第一装配件上制出该紧固件的连接孔，第二装配件的设计数模包含该紧固件在第一装配件上的连接位置，投影设备将紧固件的连接位置投影在第一装配件实体上，操作人员根据连接位置投影进行制孔操作。

当需要检查第二装配件实体与第一装配件实体的装配关系时，将要检查的第二装配件设计数模输入控制计算机，在第一装配件与第二装配件的模拟装配关系中设置装配公差，形成第二装配件相对第一装配件的安装极限位置关系，再将第二装配件相对第一装配件的安装极限位置关系投影在第一装配件实体上，检查第二装配件实体与第一装配件实体的装配关系是否超差。

本申请的有益效果在于：1)在一定范围内可代替传统工装定位器，简化工装结构，避免因产品更改导致的工装更改，降低飞机制造成本。2)提高装配效率。利用激光进行投影定位，可以避免传统画线定位，操作者往复查看数模、量取并记录尺寸，再在飞机上进行画线的冗长操作过程，有效提高装配效率。根据申请人研究试验，系统支架类零件定位效率可提高60％，接头、角片制孔效率提高64％。3)提高定位精度。系统支架、连接角片等零件传统上采用画线方式来定位，紧固件孔位采用画线确定，采用本发明的定位方式，按照申请人研究试验，定位精度由±2mm提高到平均误差±0.4mm。4)减少质量损失。利用激光投影定位方法代替画线定位，可以避免操作者发生画线错误所导致的产品质量问题。进行重点区域的装配检查，可以预先避免质量问题发生，例如在制孔前对搭接区域进行孔位投影，如果发现孔边距超差，可以及时调整紧固件排布，避免制孔后造成产品报废；进行重点区域的装配检查，可以避免扩大质量损失，例如利用激光投影检查发现第二装配件因制造质量问题导致定位超差，就停止与第一装配件的制孔操作，避免在第一装配件上进一步产生质量问题。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1是第二装配件为零件时，激光投影装配定位示意图。

图2是第二装配件为紧固件时，激光投影装配定位示意图。

图中编号说明：1控制计算机，2投影设备，3靶标球，4第一装配件，5第二装配件。

具体实施方式

参见附图，基于三维激光投影的飞机装配定位方法，是将第一装配件4和第二装配件5的设计数模输入到投影设备2的控制计算机1中建立模拟装配关系。在第一装配件4的坐标系中，将第二装配件5的三维轮廓或紧固件孔中心以激光线条的形式投影在第一装配件4的装配位置上，代替工装定位器、钻孔样板，取代画线定位方式，完成零件定位、紧固件孔位确定和装配检查。

通过采集第一装配件4实体上的特征点与第一装配件4的设计数模关联后将投影设备2接入飞机坐标系，然后把第二装配件5以激光线条的形式投影在第一装配件4实体上的理论安装位置，指导操作人员对照激光线条去安装第二装配件5实体，或者利用激光线条对已安装的第二装配件5实体进行装配关系检查。

将投影设备2放置在第一装配件4实体附近的合适位置，确保激光视线不被遮挡。将投影设备2附带的靶标球按照最大包络原则安装在第一装配件4实体上，靶标球至少需要六个。当第一装配件4包含飞机部件和装配工装时，可以将靶标球安装在装配工装的光学特征点和增强参考点上；当第一装配件仅包含飞机部件时，可以将靶标球安装在飞机部件的基准面或基准孔上，例如不易变形的机加框端面、机加接头上精确制出的安装孔等。在控制计算机1的软件内输入上述每个靶标球安装点的理论坐标，控制投影设备2依次扫描采集靶标点实体安装位置，在计算机内将理论坐标与实体位置进行一对一标定，完成投影定位系统坐标系的建立，也即投影设备2接入了飞机坐标系，形成了第一装配件4和第二装配件5的设计数模与第一装配件4实体之间的对应关系。

根据上述对应关系，通过投影设备2将第二装配件5的三维轮廓投影在第一装配件4实体的装配位置上，完成第一装配件4实体与第二装配件5的装配定位关系建立。依据第二装配件5的三维轮廓投影，将第二装配件5的实体与第一装配件4实体定位装配。

当第二装配件5是零件时，把零件数模输入控制计算机，投影设备2以激光线条的形式将零件的三维轮廓线投影到安装位置，操作人员再将该零件实物的每条边与所投影的激光轮廓线重合，就可以实现在空间六个自由度的准确定位。当第二装配件5是紧固件时，把包含紧固件连接位置的数模输入控制计算机，投影设备2将紧固件孔位以十字线等形式的图案投影在零件上，操作人员根据投影进行制孔操作。

在装配检查方面，将要检查的第二装配件5数模输入控制计算机1，设置好装配公差，将理论安装极限位置投影在第一装配件4上，检查第二装配件5实体边缘与投影线的位置关系即可判断装配是否超差。

实施例以MA700飞机壁板研发试验件为例，根据本申请的发明方案实施装配定位，第一装配件4是MA700飞机壁板研发试验件的装配工装，第二装配件5为系统安装支架、剪切片、长桁等零件，具体步骤如下：

1、设备连接

根据第一装配件4的位置，检查激光通路不被遮挡，在与第一装配件4距离4m(根据设备性能会有不同)处安放投影设备2。将投影设备2接电，与控制计算机1用数据线连接。

2、输入数模

将第一装配件4的设计数模和第二装配件5的设计数模输入投影设备的控制计算机1内。

3、接入飞机坐标系

将投影设备附带的六个靶标球3按照最大包络原则安装在第一装配件MA700飞机壁板研发试验件的装配工装实体上，具体安装在了装配工装的光学特征点和增强参考点上。

在控制计算机的软件内输入上述六个靶标球安装点的理论坐标，控制投影设备依次扫描采集靶标点实体安装位置，利用软件将理论坐标与实体位置进行一对一标定，完成投影定位系统坐标系的建立，也即投影设备接入了飞机坐标系。

4、投影定位

当第二装配件5为系统安装支架、剪切片、长桁等零件时，在控制计算机上，用鼠标选取第二装配件5数模的轮廓线，即可实现第二装配件5三维轮廓在第一装配件4实体上的投影输出；根据第二装配件5外廓投影，指导操作者按投影轮廓线将第二装配件实体调整对齐后夹紧，完成定位，或者进行装配检查。

当第二装配件5为紧固件时，在控制计算机上，用鼠标选取第二装配件数模中的安装点位，依次点选，即可实现紧固件孔位在第一装配件4实体上的投影，通过计算机软件设置，投影出的孔位可以十字光标、空心圆等线形来显示；根据孔位投影，指导操作者完成制孔，或者进行装配检查。

本申请的第二装配件5适用的零件主要是结构小、刚性好的系统支架、连接角片、接头类零件和紧固件。紧固件孔限于夹层厚度不大(推荐≤6mm)时直接指导操作者制孔。

本申请作为一种柔性的定位方式，在飞机零件、连接排布位置发生更改时，只需要将最新数模输入控制计算机重新投影即可。避免了传统定位方法中，对零件定位器进行实物更改，或报废旧的制孔样板按照新的连接排布位置制作新样板。可以大幅度缩短生产线贯彻设计更改的周期，有效降低飞机制造成本。