数字化对接系统定位器检测方法提升

王伟 屈志阳

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西 西安 710089

引言

为提升飞机制造和产品装配工艺，在飞机整机装配过程中大多采用先进的数字化、智能化装配对接技术。数字化装配生产线中主要部件是对接调姿系统，在对接调姿中采用先进的数字化定位器，用于保证飞机各部件对接时姿态、位置的准确性[1]。数字化对接系统出自于数控原理，但又不同于普通的数控机床，它们之间的机械结构差别很大，这就给系统的精度检测带来很大的难题。本文通过激光干涉仪的应用延伸、功能扩展，对飞机数字化对接系统定位器定位精度的检测方法进行研究，利用强磁力基座与云台相结合的方法，代替传统的三脚架，使激光干涉仪激光发射装置可以任意吸附在定位器的任意高度位置，解决检测难题，提高检测效率。

1 检测需求分析

数字化对接系统定位器是飞机数字化装配生产线中的主要组成部分，用于支撑、定位和精准对接各大型部件，定位器的数量非常多，而且排布密集，具有多站位、小开场、多层级的特点，类型见图1。

图1 数字化对接系统定位器种类

数字化对接系统定位器的定位精度和重复定位精度直接影响飞机的装配质量，因此，主要的检测项目为各数控定位器的定位精度和重复定位精度。定位精度和重复定位精度的指标要求见表1。

表1 数字化对接系统定位器精度指标及评定标准

2 检测能力缺陷分析

数控设备定位精度和重复定位精度的检测一般用激光干涉仪作为检测器具，激光干涉仪借助三脚架稳定放置在数控设备旁平整的地面上，要求激光干涉仪配备空气温度传感器、材料温度传感器，实施补偿检测环境中的温度变化，检测环境周边无强烈震动，如图2所示。

图2 激光干涉仪检测示例

目前所遇到的数字化对接系统定位器不同于普通的数控机床，定位器的三轴位于各个独立立柱的顶端，独立立柱分布紧密，检测区域内空间狭小，而且有多层级的分布，给激光干涉仪的安装、架设和调光带来很大难度，超过两米的高度，激光干涉仪三脚架离地带来很大的检测误差，这些都是传统的激光干涉仪检测方法无法完成的[2]。常见的卧式对接定位器和立式对接定位器见图3，图4。

图3 卧式对接定位器

图4 立式对接定位器

3 检测能力提升解决方案

传统的利用激光干涉仪三脚架支撑激光头的方法不能满足数字化对接定位器的检测需求，而且激光干涉镜头的安装因空间限制也无处摆放，因此，为了解决对接定位器的检测问题，需要对设备和检测方法进行改进提升。

3.1 设备改进方案

激光干涉仪三脚架因稳定性问题不能离开地面，可以考虑让激光头离开地面，首要问题是解决激光干涉仪吸附问题。利用激光云台转接适配器将激光头连接在强磁力基座上，云台前方安装延长板，放置激光干涉镜头，解决激光干涉镜头的摆放问题，所有连接部件紧固可靠，稳定性是准确检测的前提。改进后的设备示意如图5、图6所示。

图6 云台延长板

3.2 方法改进方案

激光干涉仪设备改进完成后，将激光云台延长板安装在云台的前端，可以安装激光干涉镜头，将整套设备轻松拿到任意一层的定位器三轴附近，找到合适的吸附位置，将激光头、干涉镜头和反射镜头安装完成，利用云台的调整功能找正激光光束返回到激光头，检测数据被计算机接收，得出各轴的定位精度和重复定位精度检测数据[3]。模拟检测方法如图7所示。

图7 多层级对接定位器检测示范

4 应用验证

激光干涉仪设备和方法改进完成后，为了验证改进效果，在某厂房数字化对接定位器上进行检测试验，检测对象是一台右后数控定位器，该定位器有X、Y、Z三轴，选取其中的Y轴做测试，激光干涉仪激光头吸附在一侧立柱上，干涉镜头置于激光干涉仪云台延长板处，反射镜头安装在需要检测的运动轴上，往返5个来回，检测Y轴运动的定位精度和重复定位精度，检测结果用国标GB/T17421_2 2016标准进行评定，评定结果符合定位器的精度指标。检测数据及结果分析如表2所示。

表2 数字化对接定位器检测结果及分析

5 结束语

数字化对接定位器检测原理来源于数控机床的激光检测，但由于其空间小、排布密集、不便于激光干涉仪的安装，所以检测难度较大。利用激光头云台转接装置将激光头直接吸附在被测轴附近，并将干涉镜固定在激光头的延长板上，可以解决被测设备周边环境复杂、空间狭小的问题，检测方法便捷高效，检测精度不受损失，具有实际应用价值。