钣金件数字化测量方案
来源：网络2015年01月13日
飞机钣金零件由于其成型工艺的复杂性，制造过程汇集了许多种应用科学。随着数字化企业建设的深入推进，数字化制造技术正逐步发展成为企业的核心技术，对于飞机钣金件的检测提出了更高的要求，使钣金零件的数字化检测成为一个综合性很强的专业技术领域。
研究现状
传统的钣金检测技术是通过模线、样板等模拟量的形式将设计尺寸信息传递到工艺装备及产品零件上。随着数字化技术的应用，航空产品从设计、工艺开始，逐渐将模拟量转换为数字量的传递，通过数字化的测量设备将实测数据与理论三维实体模型进行比对分析，量值传递的精度高，检测工作高效，由于减少了大量的工装、样板，制造成本得到大幅降低。
航空钣金零件的数字化设计、制造，为钣金数字化检测技术带来了巨大的技术发展空间，只有数字化的检测技术才能真正协助钣金数字化制造向成熟发展。
数字化整体解决方案
为了提升检测效率、降低检测成本，根据不同测量设备的有效测量范围和精度，合理地将测量设备分配到不同的测量任务中（见图1）。4m以下的中小尺寸工件检测，使用关节臂测量机，体现了灵活性、高精度和低成本；而激光跟踪仪在大尺寸工件的检测领域又发挥了它专业的技术优势。
图1 数字化整体解决方案
激光跟踪仪面向航空钣金零件及模具数字化检测的应用
钣金零件及模具的检测难点是大尺寸、大曲面、易变形、刻线多，不但要分析曲面及刻线的轮廓度、位置，还要进行装配特征的复合位置度计算评价。传统的检测方法必须制造一定的检测样板、卡板等，分成很多个检测工序进行，检测精度低、效率低、工装设计制造周期长、成本高。
激光跟踪仪被誉为生产现场的“走动式三坐标”，在一个检测工序中，将接触式测量和非接触式测量技术同时应用在基准特征（面、孔、槽、点、边缘）、刻线、曲面等特征的专业检测分析（见图2）中。
图2 激光跟踪仪测量钣金模具
应用案例：测量时，先将3D实体模型导人测量软件，利用激光跟踪仪的标准靶镜对模具上的25个基准孔进行准确测量，软件自动将25个基准孔的实测坐标值与3D模型对应孔的理论参数进行比对、拟合计算，生成曲面工件的零件坐标系。坐标系建立后，操作人员可以直接使用接触式测针对模具上的各种特征进行检测。
对于孔、槽、曲面点、边缘点等特征可以使用球形的红宝石测针，根据特征的尺寸大小合理选择测针直径即可。而进行刻线的检测时，只需要更换成“尖”测针即可，这种测针前端非常尖锐，测量时，操作人员只需将测针“顶”入刻线内即可，获取实测点后，软件会自动将实测数据与CAD模型理论线框曲线进行比对，不但可以测量出工件线框的长、宽、半径等参数，还能综合评价实际线框的整体位置在当前坐标系中的状态，测量精度可以达到0.1mm左右。
激光跟踪仪上的线激光扫描测头能够实现钣金零件大尺寸曲面的快速、高精度检测。检测人员可以手持激光扫描测头，灵活地在工件各个方位对曲面进行扫描，短时间内就能获取几百万个曲面点，大量的点云数据会自动记录到测量软件中，与3D实体模型进行实时的分析比对。为了准确、直观地反应钣金曲面的整体状态，软件能够结合CAD模型输出3D的色差图，通过CAD模型上图形报告的不同颜色，技术人员可以轻松、直观、准确地分析出工件的曲面轮廓度状态（机翼蒙皮曲面轮廓度分析，见图3）。
图3 机翼蒙皮曲面轮廓度分析
激光扫描测量的方法非常适用于大尺寸复合材料壁板零件的现场检测。只要激光跟踪仪的主机站位规划合理（基本上在一个站位上）就可以实现壁板的外曲面和内曲面的扫描，测量后整体点云数据输出到测量软件中，软件可以根据图纸指定的坐标进行截面分析（见图4），通过截面数据的分析，不但可以输出壁板各个位置的厚度值，也可以获得最大厚度的坐标范围。充分体现了激光跟踪仪在航空钣金材料检测方面的高精度、高效率的特点。
图4 钣金件廓度色差图分析
为了进一步提高现场的检测效率，激光跟踪仪的6D测头可以加装在机械臂或龙门框架的工作终端，机械臂或龙门框架系统的定位精度并不重要，它们只做为自动定位的执行端，测头的最终精度由激光跟踪仪的6D测头来决定。在飞机钣金模具、钣金零件、复合材料工装及零件的快速检测领域有很大的应用空间。
激光雷达完成大曲面快速检测
激光雷达适宜于大尺寸易变形工件的非接触式测量。可以快速地获取工件表面的实测点和几何特征，与CAD模型进行三维比对分析。测量大尺寸的几何外形时不需要粘贴圆形的靶点贴片，也不需要安装反射棱镜或探头。比如，激光雷达可以完成对航空钣金件数以百计的小孔和边缘特征的快速检测和特殊识别。尤其对于颜色深暗的物体表面及高亮度的物体表面，无需使用特殊的表面喷涂处理即可准确反馈点数据。激光雷达非常适合工件单面检测的情况，如果工件的正、反面都要检测，设备就需要进行转站及后期的点云拼接处理。
在机测量技术协助钣金零件制造过程质量监控
目前，钣金零件数控加工后大都必须从机床上卸下来，放置到三坐标测量机上进行数字化检测。由于钣金件极易变形，尤其是随着复合材料在航空领域的大量应用，钣金件的尺寸越来越大，加工后，即使是带着夹具到三坐标测量机上检测，变形带来的测量误差仍是技术人员无法避免的。
在机测量技术给大尺寸钣金件数控加工质量检测提供了专业的解决方案。简单地讲，“在机测量”就是在现有的数控加工设备上增加测头和测量软件，工件无需离开机床，直接调用测头，在工件表面进行检测，测量值直接与理论文件（坐标文件、3D CAD文件）进行比对分析即可。
由于航空材料都相对昂贵，如果在数控加工过程中，在适当的工序间增加在机测量工序，工艺人员就能及时发现加工过程中出现的偏差问题，在还有一定加工余量的时候，及时调整后续工序的加工参数，最终下线钣金件的合格品率将会有很大的提高（见图5）。
图5 数控加工在机测量
这种测量技术不但可以应用在加工过程的质量监控过程中，对于大型复合材料铣削加工，也能实现机床上的最终尺寸检测工作。与过程检测不同的是，如果需要在加工机床上进行最终尺寸确认，必须引入样件比对的控制流程：实现针对工件的被测元素情况设计相应的标准样件，该样件必须在专业的三坐标测量机上对各种关键特征进行检测评价，计量报告将作为量值传递的依据。机床完成加工任务，在执行最终检测时，需要先在指定的位置对标准样件进行检测，机床对样件的检测报告需要与计量报告进行比对，偏差值满足一定精度要求的时候，表明机床精度状态正常，这时才能开始机床上的最终尺寸检测，以保证测量结果的准确性和有效性。将在机测量技术应用到航空大尺寸的钣金件和复合材料件的加工监控过程和最终全尺寸检测，质检部门无需在增加超大型三坐标测量机，大大降低了检测成本。制造过程的数据采集、反馈，为工艺部门调整加工参数、优化工艺方法提供了全面、准确的数据信息，大大提高了钣金件数控加工的合格品率。
管件数字化检测系统
航空管件的规格差异很大，小到油路管件、控制线缆管路，大到排气管等，类型也很复杂，往往空间弯曲变化很大。关节臂三坐标测量机以其高精度、高灵活性被广泛地应用于航空管件的测量领域。
关节臂三坐标测量机可以直接测量并进行L＼R＼A(Y＼B＼C)、管件加工后的回弹量、弯曲半径、管件总长、管件交点偏差＼L＼R＼A(Y＼B＼C)等专业参数的分析评价。这种设备不但可以完成检验室内的管件测量任务，对于大尺寸的工件，关节臂测量机还可以方便地放置在现场，完成大尺寸管件的测量工作。关节臂测量机也可以作为数控弯管机的配套设备，主要用来测量成形弯管或模型管的几何参数，在数控弯管加工中存在回弹误差，无法用解析法或数值法进行修正，目前最好的补偿方法是采用管件检测系统在加工现场对弯管直接测量，测量结果与设计图纸数据比较，将其误差反馈给弯管机，修改数控加工代码，使后续加工件尽快与图纸吻合，满足精度要求，降低加工成本。
结束语
钣金件的数字化整体测量方案，不但解决了大尺寸钣金零件、复合材料零部件的现场快速检测问题，同时在数控加工过程为工艺、制造部门及时反馈加工过程的数据信息，真正实现了数控加工过程的质量监控。从过程到最终尺寸、从小尺寸到大跨距尺寸、从标准几何特征到曲面分析等方面提供了钣金件高精度、高效率的数字化检测方案。
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