| 标题 | 飞机壁板大型复材成型模具激光跟踪仪检测应用 |
| 范文 | 赵朝雄 贺雷鸣 刘冠群 高凯元 摘 要：本文以飞机壁板大型复材成型模具为对象，主要论述了超出测量机测量范围的大型复材成型模具的激光跟踪仪检测的详细过程，为大型模具激光跟踪仪检测提出了切实可行的解决方案。 关键词：数字化检测;激光跟踪仪;精度;复材成型模具 1 概述 飞行器为了提高性能，降低成本，延长寿命，其零件结构向大型化、整体化方向发展。近几十年来，复合材料研究和应用的迅速发展，轻质、高强的复合材料大型零件和整体构件成为了设计师的首选，复合材料的应用已从最初的次承力结构大幅扩展到机翼、机身等主承力结构。复合材料在飞机结构上的用量和由此带来的减重效果已成为衡量飞机先进性的重要标志，是世界强国竞相发展的核心技术。[1] 在我国，数字化设计、数字化制造等技术正逐步成为复合材料制造的核心技术，而决定复材制造的另一关键环节就是配套复材成型模具工装。复合材料成型模具和一般金属模具不同，它主要要考虑模具的传热均匀性、热膨胀性和材料成形后的回弹。[2]复合材料构件的成型模具数字化检测技术，成为控制复合材料构件精度的关键环节之一。传统的CMM三坐标测量机检测在进行复材模具工装检测时，存在场地制约，无法对大型整体工装进行检测。随着数字化测量技术的发展，便携式坐标测量系统，特别是激光跟踪仪的出现，为复合材料零件工装的数字化检测提供了必要技术手段。[3] 2 激光跟踪仪介绍 激光跟踪仪是二十世纪九十年代发展起来的一种大尺寸精密测量仪器，可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其空间三维坐标，具有安装快捷、操作简便、实时扫描测量、测量精度及效率高等优点，被誉为“便携式CMM”。激光跟踪仪主要由跟踪头、目标反射镜（靶球）、控制器和测量软件构成。 本次工程应用使用的激光跟踪仪，测量精度在全量程范围内为15μm+6μm/m。 3 大型复材成型模具激光跟踪仪检测 3.1 完成前期准备工作 首先完成激光跟踪仪硬件的安装，按照相关执行文件对激光跟踪仪进行现场校验，确保各项指标无误、使用的各类反射器均为计量合格工具后进行下一步温度补偿。 在恒温厂房中因为被测模具温度基本一致，所以工装整体温度补偿较好完成。设定好基准尺后，经过2次实测验证满足公差要求，至此完成所有前期准备工作。 3.2 模型导入 SA软件可导入各种不同格式的三维数模，如IGES、STEP、或直接的CATIA模型（常用格式为*.STEP，*.CATPART），三维模型中的点、线、面等所有检测要素均被导入到SA当中。 3.3 模具调平 因在检测过程中，存在可调支承高度不一致的问题，导致模具四周应力不均，若造成中部凹陷等问题則会影响实际测量结果。现将四周任意三点平面建立临时坐标系，定义该平面为z向的法面，通过调整另外一点的z值至公差来满足设计要求，以此类推多次验证合格后满足模具调平。 3.4 测量坐标系建立 关于坐标系的统一是测量的最关键的一步，分两步进行。第一步是确定理论数模坐标系与安装所需的工装坐标系统一，只有这两者完成统一才能将实际工装与数模对应起来;下一步是完成激光跟踪仪的世界坐标系到工装坐标系的转化，这两者的统一及拟合误差决定了安装的精度。 我们按照设计给定的工装坐标系下的理论值安装工装四个角上的工具球支座（保证相对关系，也可用数控机床确定基准后测出的实际孔位为基准），并测量出其在工装坐标系下本次实测值，在工装坐标系下用理论值来调整四个工具球支座，调整到公差范围内，实测这四个值，然后再测量其他ERS点，并保存为参考文件。在至少三个不同的位置进行上述工作内容，测量出的ERS实测值至少三遍，对这三遍值求平均值，对不太合适的值进行修正，用这些平均值作为最终的ERS参考值，这样做的目的是为了消除一些误差。 之后每回调装工装时，先测量足够的ERS点，与ERS参考值进行最佳拟合，就将仪器坐标系转换到了CATIA工装数模坐标系。转换偏差（dx，dy，dz）越小，实际坐标系与理论坐标系拟合度越高，检测结果也越准确。 3.5 型面及零件外形线测量 在上述工作完成后，直接利用三维数模就可以进行测量及调装监视了。采用型面OTS测量方法对零件线以内型面进行测量，曲率大的位置加密测量点。零件外形线的测量采用T-PROBE进行测量。测量结果如下： 3.6 定位卡板装配关系检测 定位卡板型面通过测量定位板上OTP点来间接保证，测量结果如下： 4 结语 使用数字化、自动化的生产工艺装备已是现代先进飞机复材构件制造的必由之路，而相对应的数字化检测手段不仅解决了模拟量传递的弊端，同时在质量监控时通过生成数字测量报告的形式有效地提高了可视化管理。在后续的模具工装验收工作中依然存在很多难点，如面对更大型的工装时合理的站位布局、复杂型面多温度区域的统一等因素，都使得无论传统手段测量还是激光跟踪仪测量的难度大大增加，还需更多试验方法尝试论证。 参考文献： [1]周晓芹.飞机复材构件制造装备应用现状[J].航空制造技，2013（17）：53-56. [2]徐进.民机复材件成形的模具材料选择与其工艺研究[D].上海交通大学，2013. [3]王衡.激光跟踪仪在复合材料零件检测中的航空制造术，2014（23-24）：93-94. |
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