飛機鈑金零件由于其成型工藝的復雜性，制造過程匯集了許多種應用科學。隨著數(shù)字化企業(yè)建設的深入推進，數(shù)字化制造技術正逐步發(fā)展成為企業(yè)的核心技術，對于飛機鈑金件的檢測提出了更高的要求，使鈑金零件的數(shù)字化檢測成為一個綜合性很強的專業(yè)技術領域。

研究現(xiàn)狀

    傳統(tǒng)的鈑金檢測技術是通過模線、樣板等模擬量的形式將設計尺寸信息傳遞到工藝裝備及產(chǎn)品零件上。隨著數(shù)字化技術的應用，航空產(chǎn)品從設計、工藝開始，逐漸將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的傳遞，通過數(shù)字化的測量設備將實測數(shù)據(jù)與理論三維實體模型進行比對分析，量值傳遞的精度高，檢測工作高效，由于減少了大量的工裝、樣板，制造成本得到大幅降低。

    航空鈑金零件的數(shù)字化設計、制造，為鈑金數(shù)字化檢測技術帶來了巨大的技術發(fā)展空間，只有數(shù)字化的檢測技術才能真正協(xié)助鈑金數(shù)字化制造向成熟發(fā)展。

數(shù)字化整體解決方案

    為了提升檢測效率、降低檢測成本，根據(jù)不同測量設備的有效測量范圍和精度，合理地將測量設備分配到不同的測量任務中（見圖1）。4m以下的中小尺寸工件檢測，使用關節(jié)臂測量機，體現(xiàn)了靈活性、高精度和低成本；而激光跟蹤儀在大尺寸工件的檢測領域又發(fā)揮了它專業(yè)的技術優(yōu)勢。

    圖1 數(shù)字化整體解決方案

    1 激光跟蹤儀面向航空鈑金零件及模具數(shù)字化檢測的應用

    鈑金零件及模具的檢測難點是大尺寸、大曲面、易變形、刻線多，不但要分析曲面及刻線的輪廓度、位置，還要進行裝配特征的復合位置度計算評價。傳統(tǒng)的檢測方法必須制造一定的檢測樣板、卡板等，分成很多個檢測工序進行，檢測精度低、效率低、工裝設計制造周期長、成本高。

    激光跟蹤儀被譽為生產(chǎn)現(xiàn)場的“走動式三坐標”，在一個檢測工序中，將接觸式測量和非接觸式測量技術同時應用在基準特征（面、孔、槽、點、邊緣）、刻線、曲面等特征的專業(yè)檢測分析（見圖2）中。

    圖2 激光跟蹤儀測量鈑金模具

    應用案例：測量時，先將3D實體模型導人測量軟件，利用激光跟蹤儀的標準靶鏡對模具上的25個基準孔進行準確測量，軟件自動將25個基準孔的實測坐標值與3D模型對應孔的理論參數(shù)進行比對、擬合計算，生成曲面工件的零件坐標系。坐標系建立后，操作人員可以直接使用接觸式測針對模具上的各種特征進行檢測。

    對于孔、槽、曲面點、邊緣點等特征可以使用球形的紅寶石測針，根據(jù)特征的尺寸大小合理選擇測針直徑即可。而進行刻線的檢測時，只需要更換成“尖”測針即可，這種測針前端非常尖銳，測量時，操作人員只需將測針“頂”入刻線內(nèi)即可，獲取實測點后，軟件會自動將實測數(shù)據(jù)與CAD模型理論線框曲線進行比對，不但可以測量出工件線框的長、寬、半徑等參數(shù)，還能綜合評價實際線框的整體位置在當前坐標系中的狀態(tài)，測量精度可以達到0.1mm左右。

    激光跟蹤儀上的線激光掃描測頭能夠?qū)崿F(xiàn)鈑金零件大尺寸曲面的快速、高精度檢測。檢測人員可以手持激光掃描測頭，靈活地在工件各個方位對曲面進行掃描，短時間內(nèi)就能獲取幾百萬個曲面點，大量的點云數(shù)據(jù)會自動記錄到測量軟件中，與3D實體模型進行實時的分析比對。為了準確、直觀地反應鈑金曲面的整體狀態(tài)，軟件能夠結合CAD模型輸出3D的色差圖，通過CAD模型上圖形報告的不同顏色，技術人員可以輕松、直觀、準確地分析出工件的曲面輪廓度狀態(tài)（機翼蒙皮曲面輪廓度分析，見圖3）。

    圖3 機翼蒙皮曲面輪廓度分析

    激光掃描測量的方法非常適用于大尺寸復合材料壁板零件的現(xiàn)場檢測。只要激光跟蹤儀的主機站位規(guī)劃合理（基本上在一個站位上）就可以實現(xiàn)壁板的外曲面和內(nèi)曲面的掃描，測量后整體點云數(shù)據(jù)輸出到測量軟件中，軟件可以根據(jù)圖紙指定的坐標進行截面分析（見圖4），通過截面數(shù)據(jù)的分析，不但可以輸出壁板各個位置的厚度值，也可以獲得最大厚度的坐標范圍。充分體現(xiàn)了激光跟蹤儀在航空鈑金材料檢測方面的高精度、高效率的特點。

    圖4 鈑金件廓度色差圖分析

    為了進一步提高現(xiàn)場的檢測效率，激光跟蹤儀的6D測頭可以加裝在機械臂或龍門框架的工作終端，機械臂或龍門框架系統(tǒng)的定位精度并不重要，它們只做為自動定位的執(zhí)行端，測頭的最終精度由激光跟蹤儀的6D測頭來決定。在飛機鈑金模具、鈑金零件、復合材料工裝及零件的快速檢測領域有很大的應用空間。

激光雷達完成大曲面快速檢測

    激光雷達適宜于大尺寸易變形工件的非接觸式測量。可以快速地獲取工件表面的實測點和幾何特征，與CAD模型進行三維比對分析。測量大尺寸的幾何外形時不需要粘貼圓形的靶點貼片，也不需要安裝反射棱鏡或探頭。比如，激光雷達可以完成對航空鈑金件數(shù)以百計的小孔和邊緣特征的快速檢測和特殊識別。尤其對于顏色深暗的物體表面及高亮度的物體表面，無需使用特殊的表面噴涂處理即可準確反饋點數(shù)據(jù)。激光雷達非常適合工件單面檢測的情況，如果工件的正、反面都要檢測，設備就需要進行轉(zhuǎn)站及后期的點云拼接處理。

在機測量技術協(xié)助鈑金零件制造過程質(zhì)量監(jiān)控

    目前，鈑金零件數(shù)控加工后大都必須從機床上卸下來，放置到三坐標測量機上進行數(shù)字化檢測。由于鈑金件極易變形，尤其是隨著復合材料在航空領域的大量應用，鈑金件的尺寸越來越大，加工后，即使是帶著夾具到三坐標測量機上檢測，變形帶來的測量誤差仍是技術人員無法避免的。

    在機測量技術給大尺寸鈑金件數(shù)控加工質(zhì)量檢測提供了專業(yè)的解決方案。簡單地講，“在機測量”就是在現(xiàn)有的數(shù)控加工設備上增加測頭和測量軟件，工件無需離開機床，直接調(diào)用測頭，在工件表面進行檢測，測量值直接與理論文件（坐標文件、3D CAD文件）進行比對分析即可。

    由于航空材料都相對昂貴，如果在數(shù)控加工過程中，在適當?shù)墓ば蜷g增加在機測量工序，工藝人員就能及時發(fā)現(xiàn)加工過程中出現(xiàn)的偏差問題，在還有一定加工余量的時候，及時調(diào)整后續(xù)工序的加工參數(shù)，最終下線鈑金件的合格品率將會有很大的提高（見圖5）。

    圖5 數(shù)控加工在機測量

    這種測量技術不但可以應用在加工過程的質(zhì)量監(jiān)控過程中，對于大型復合材料銑削加工，也能實現(xiàn)機床上的最終尺寸檢測工作。與過程檢測不同的是，如果需要在加工機床上進行最終尺寸確認，必須引入樣件比對的控制流程：實現(xiàn)針對工件的被測元素情況設計相應的標準樣件，該樣件必須在專業(yè)的三坐標測量機上對各種關鍵特征進行檢測評價，計量報告將作為量值傳遞的依據(jù)。機床完成加工任務，在執(zhí)行最終檢測時，需要先在指定的位置對標準樣件進行檢測，機床對樣件的檢測報告需要與計量報告進行比對，偏差值滿足一定精度要求的時候，表明機床精度狀態(tài)正常，這時才能開始機床上的最終尺寸檢測，以保證測量結果的準確性和有效性。將在機測量技術應用到航空大尺寸的鈑金件和復合材料件的加工監(jiān)控過程和最終全尺寸檢測，質(zhì)檢部門無需在增加超大型三坐標測量機，大大降低了檢測成本。制造過程的數(shù)據(jù)采集、反饋，為工藝部門調(diào)整加工參數(shù)、優(yōu)化工藝方法提供了全面、準確的數(shù)據(jù)信息，大大提高了鈑金件數(shù)控加工的合格品率。

管件數(shù)字化檢測系統(tǒng)

    航空管件的規(guī)格差異很大，小到油路管件、控制線纜管路，大到排氣管等，類型也很復雜，往往空間彎曲變化很大。關節(jié)臂三坐標測量機以其高精度、高靈活性被廣泛地應用于航空管件的測量領域。

    關節(jié)臂三坐標測量機可以直接測量并進行L＼R＼A(Y＼B＼C)、管件加工后的回彈量、彎曲半徑、管件總長、管件交點偏差＼L＼R＼A(Y＼B＼C)等專業(yè)參數(shù)的分析評價。這種設備不但可以完成檢驗室內(nèi)的管件測量任務，對于大尺寸的工件，關節(jié)臂測量機還可以方便地放置在現(xiàn)場，完成大尺寸管件的測量工作。關節(jié)臂測量機也可以作為數(shù)控彎管機的配套設備，主要用來測量成形彎管或模型管的幾何參數(shù)，在數(shù)控彎管加工中存在回彈誤差，無法用解析法或數(shù)值法進行修正，目前最好的補償方法是采用管件檢測系統(tǒng)在加工現(xiàn)場對彎管直接測量，測量結果與設計圖紙數(shù)據(jù)比較，將其誤差反饋給彎管機，修改數(shù)控加工代碼，使后續(xù)加工件盡快與圖紙吻合，滿足精度要求，降低加工成本。

結束語

    鈑金件的數(shù)字化整體測量方案，不但解決了大尺寸鈑金零件、復合材料零部件的現(xiàn)場快速檢測問題，同時在數(shù)控加工過程為工藝、制造部門及時反饋加工過程的數(shù)據(jù)信息，真正實現(xiàn)了數(shù)控加工過程的質(zhì)量監(jiān)控。從過程到最終尺寸、從小尺寸到大跨距尺寸、從標準幾何特征到曲面分析等方面提供了鈑金件高精度、高效率的數(shù)字化檢測方案。 

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本文標題：鈑金件數(shù)字化測量方案

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