飛機(jī)鈑金檢驗(yàn)規(guī)劃及數(shù)模的檢驗(yàn)信息提取

郝 博，施 華，何 利

(1.遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 丹東 118009;2.沈陽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，沈陽 110159)

鈑金零件一般是由平板或帶料毛坯經(jīng)過成形、彎曲和沖切等加工工序加工而成，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、電子、輕工等行業(yè)，在大型飛機(jī)中，鈑金零件數(shù)以萬計(jì)。隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，對其精度的要求也越來越高。目前，沈飛對民機(jī)鈑金零件的檢驗(yàn)仍采用傳統(tǒng)的方法對其測量，其專用測量設(shè)備龐大，精度低，通用性差［1］。信息技術(shù)的發(fā)展為制造業(yè)發(fā)展提供了新的平臺，也為數(shù)字化模型檢測提供了方便［2］。在機(jī)械制造行業(yè)中，鈑金零件數(shù)量很多，尤其是飛機(jī)和汽車鈑金形狀越來越復(fù)雜、表面質(zhì)量和精度要求越來越高。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法已經(jīng)很難保證高精度的要求，迫切需求面向全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)，展開基于三維模型的鈑金零件數(shù)字化檢驗(yàn)技術(shù)研究。

采用便攜式光電設(shè)備掃描鈑金零件，將鈑金零件復(fù)現(xiàn)到計(jì)算機(jī)上，與該鈑金零件的理想模型比對，獲得該鈑金零件的誤差。這種檢測手段精度高、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益高。但是從鈑金零件三維模型中提取檢測信息成為關(guān)鍵問題?；贑ATIA 平臺，采用VC++6.0工具和CATIA 的應(yīng)用組件架構(gòu)調(diào)用CATIA 的API 函數(shù)對CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)，從鈑金零件三維模型提取出設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得檢驗(yàn)信息，同時對檢驗(yàn)方法進(jìn)行規(guī)劃。最終運(yùn)用于沈飛鈑金零件的檢驗(yàn)。

1 鈑金零件檢驗(yàn)現(xiàn)狀

雖然數(shù)字化這一概念已經(jīng)深入到機(jī)械制造行業(yè)的各個階段，但在國內(nèi)飛機(jī)鈑金零件制造，包括課題組在沈飛的大量調(diào)研結(jié)果表明，目前，飛機(jī)鈑金零件檢驗(yàn)的數(shù)字化應(yīng)用還處于嘗試階段。鈑金零件的最大特點(diǎn)是薄易變形，這是制約鈑金零件用高精度數(shù)字化設(shè)備(例如三坐標(biāo)測量機(jī))檢驗(yàn)的首要因素，因?yàn)樵谶@些設(shè)備上檢驗(yàn)需要脫離鈑金的支撐裝置，如果鈑金零件稍大的話在自身質(zhì)量就會變形，而且這類設(shè)備多為接觸式的，在測頭接觸鈑金時會加劇其變形，只有少數(shù)剛度較好的飛機(jī)鈑金零件的某些高精度要求幾何要素的檢驗(yàn)用到了數(shù)字化檢驗(yàn)設(shè)備，例如某些較大飛機(jī)鈑金零件上的裝配孔的檢驗(yàn)，如果裝配孔的位置精度不滿足要求在裝配時再進(jìn)行修整比較麻煩。因此，目前飛機(jī)鈑金的檢驗(yàn)多數(shù)情況仍然在精度較低的傳統(tǒng)檢驗(yàn)手段上。目前，國內(nèi)鈑金零件的檢驗(yàn)方法是由模線樣板加工出檢驗(yàn)?zāi)?，將成型后的鈑金零件貼模檢查，判斷零件是否合格，這種檢驗(yàn)方法中間環(huán)節(jié)多會產(chǎn)生累積誤差。零件在加工過程中無法發(fā)現(xiàn)模線樣板的錯誤，只有在裝配時由于零件之間不協(xié)調(diào)才會被查出來，不能滿足鈑金數(shù)字化制造和檢驗(yàn)的要求。尤其是對于現(xiàn)在飛機(jī)設(shè)計(jì)的精度要求越來越高，特別是民機(jī)的精度要求更為苛刻。

2 光電設(shè)備在機(jī)加和鈑金零件檢驗(yàn)中的應(yīng)用

隨著光電成像設(shè)備和圖像對比軟件的出現(xiàn)，鈑金零件的檢驗(yàn)有了新的思路。國外該技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，如圖1、圖2 所示為國外采用光電設(shè)備對曲面復(fù)雜鈑金零件實(shí)施檢驗(yàn)的過程。國內(nèi)有學(xué)者也展開了相關(guān)研究，徐鳳等［3］對基于激光跟蹤原理的飛機(jī)形面測量技術(shù)進(jìn)行了研究，馬振華［4］研究了手持便攜式三維掃描測量機(jī)在模具制造中的應(yīng)用，朱健軍等［5］對表面三維形貌測量及其評定進(jìn)行了研究。由于光電設(shè)備檢驗(yàn)的最大優(yōu)勢是不與零件接觸，薄壁零件不會因檢驗(yàn)設(shè)備的接觸變形影響檢驗(yàn)精度。所以可同時用于機(jī)加和鈑金零件的檢驗(yàn)。但是該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)的運(yùn)用還不成熟。

光電設(shè)備應(yīng)用于鈑金零件檢驗(yàn)時有其局限性，采用光電設(shè)備檢驗(yàn)鈑金零件還需要借助比對軟件來完成檢驗(yàn)，借助比對軟件把掃描的數(shù)模與零件的設(shè)計(jì)數(shù)模比對進(jìn)行誤差分析。有時候這種檢驗(yàn)方法雖然精度高，但是對于較小且精度要求一般的零件，檢驗(yàn)效率反而不如傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法，所以對于較大或精度要求高以及復(fù)雜的鈑金零件適合采用該方法。該方法較傳統(tǒng)方法的檢驗(yàn)成本低，不用設(shè)計(jì)和制造每個零件專用的檢具，同時也省去了對專用檢具的儲存的麻煩，一般檢具的儲存期長達(dá)幾十年，直到零件所裝備的設(shè)備退役，零件不再生產(chǎn)。但是對于大批量小型號的的零件來說，一旦做出了專用檢具在檢驗(yàn)時操作方便，且專業(yè)技術(shù)要求不高容易掌握。對這2 種方法的選擇，需要權(quán)衡鈑金零件的精度、型面面積、批量、工期等各因素。因此對零鈑金件的檢驗(yàn)手段進(jìn)行規(guī)劃是極其必要的。而規(guī)劃的必要條件是需要獲得鈑金零件的所有信息，尤其是零件的幾何信息。

圖1 鈑金零件型面提取

圖2 鈑金零件誤差分析結(jié)果

3 鈑金零件檢驗(yàn)信息提取

在飛機(jī)鈑金零件的數(shù)字化檢驗(yàn)的大趨勢下，如何保證高效、高精度、低成本的檢驗(yàn)是新出現(xiàn)的問題。雖然數(shù)字化檢驗(yàn)精度高，但是相對效率較低，一般精度的飛機(jī)鈑金零件不需要如此高的精度要求。傳統(tǒng)檢驗(yàn)手段效率較高，但是檢驗(yàn)工裝的制造成本不低，且檢驗(yàn)工裝存儲不便。權(quán)衡諸多因素如何規(guī)劃出某飛機(jī)鈑金零件如何種檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)是首要解決的問題，解決這一問題如何高效、準(zhǔn)確提取鈑金零件的幾何信息是分析鈑金零件檢驗(yàn)手段的關(guān)鍵，針對飛機(jī)鈑金零件設(shè)計(jì)時一般采用CATIA 三維造型軟件，提取鈑金零件的特征應(yīng)從零件的三維數(shù)模入手，在CATIA 平臺上，采用VC++6.0工具和CATIA 的應(yīng)用組件架構(gòu)(Component Application Architecture，CAA)調(diào)用CATIA 的API 函數(shù)(CATIVisitor_varaStandardVisitor = spCkeFact - ＞CreateStandardVisitor(IID_CATICkeParm，＆list))對CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)，提取出鈑金零件三維數(shù)模的具體特征，儲存在Excel 表格中，便于查閱和歸類。實(shí)現(xiàn)對三維模型的特征數(shù)特征提取。CATIA 二次開發(fā)零件參數(shù)提取部分主要程序如下:

在此以汽車儀表盤支架(圖3)為例展示鈑金零件在CATIA 平臺下利用CAA 進(jìn)行參數(shù)提取的過程。圖4 為CAA提取界面，通過VC++6.0 和CAA RADE 開發(fā)工具對CATIA二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)二次開發(fā)后的CATIA 可在其設(shè)計(jì)界面內(nèi)添加零件參數(shù)提取專用選項(xiàng)按鈕，通過點(diǎn)擊按鈕來響應(yīng)零件的參數(shù)提取。圖5 為點(diǎn)擊CATIA 設(shè)計(jì)礦口中零件參數(shù)提取按鈕后，儲存為指定Excel 表格的鈑金零件的設(shè)計(jì)參數(shù)，在該表格中可以查詢該鈑金零件的所有特征和設(shè)計(jì)參數(shù)，便于做出針對該零件的檢驗(yàn)規(guī)劃。

圖3 汽車鈑金零件

圖4 CAA 零件參數(shù)提取界面

圖5 鈑金零件參數(shù)

4 結(jié)論

本文介紹的基于三維模型提取檢測信息用于規(guī)劃飛機(jī)鈑金零件的檢驗(yàn)手段是切實(shí)可行的，在CATIA 平臺上，采用VC++6.0 工具和CATIA 的應(yīng)用組件架構(gòu)調(diào)用CATIA 的API函數(shù)對CATIA 進(jìn)行二次開發(fā)，提取出鈑金零件的設(shè)計(jì)參數(shù)和檢驗(yàn)信息，為鈑金零件提供檢驗(yàn)依據(jù)。鈑金零件數(shù)字化檢驗(yàn)尚處于起步階段，從傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法過渡到數(shù)字化檢驗(yàn)仍有許多問題需要解決，傳統(tǒng)的檢驗(yàn)方法和光電設(shè)備數(shù)字化檢驗(yàn)還需要并存，因此，在對鈑金零件檢驗(yàn)時要考慮哪種方式更適合，規(guī)劃其檢驗(yàn)方式。

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［2］吳斌. 大型物體三維形貌數(shù)字化測量關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.天津:天津大學(xué)，2002.

［3］徐鳳. 基于激光跟蹤原理的飛機(jī)形面測量技術(shù)研究［D］.長春:長春理工大學(xué)，2006.

［4］馬振華.手持便攜式三維掃描測量機(jī)在模具制造中的應(yīng)用［J］.模具制造，2009(7):9-10.

［5］朱健軍，鐘淵，劉泊.表面三維形貌測量及其評定的研究［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，14(1):43-46.

［6］范澤亞，張倩.Q235 碳鋼表面磨損痕跡的制作及三維重建［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2010(7):66-68.