CN109850181A - 飞行器部件的制造和组装方法及制造和组装系统 - Google Patents

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弗朗西斯科·罗德里格斯加里戈斯
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Abstract

本发明提供了一种飞行器部件的制造和组装方法，该方法包括以下步骤：提供第一飞行器部件(1)，其包括接收器表面(3)，第二飞行器部件(2)的联接表面(4)待被组装在接收器表面上；提供第一飞行器部件(1)和第二飞行器部件(2)的模型，该模型处于其组装位置中，第二飞行器部件(2)的模型包括其联接表面(4)中的加工余量(5)；对第一飞行器部件(1)的接收器表面(3)进行数字化；将数字化结果定位在处于组装位置中的计算机模型中，使得接收器表面(3)的数字化结果与第二飞行器部件(2)的联接表面(4)相交；获得第二部件(2)的模型，其中，联接表面(4)与数字化接收器表面(3)配装；使第二飞行器部件(2)机械化。

Description

飞行器部件的制造和组装方法及制造和组装系统
技术领域
本发明涉及一种飞行器部件的制造和组装方法及制造和组装系统，所述方法及系统使得制造能够快速进行且减少了对用于执行制造和组装操作的夹具的需要。
背景技术
在航空工业中，将部件组装在具有小公差的大型结构中非常常见，例如，这种组装在水平稳定器、机翼或机身中的旋转轴线中被执行。
目前，为了组装这些部件，会使用具有大型稳定焊接结构的夹具或工具，这些夹具或工具安装和组装有外部验证系统，如激光跟踪器、微型对准望远镜、运输或经纬仪。在某些情况下，使用摄影测量法、关节式坐标测量机、激光雷达或便携式光学测量系统。通过这些结构，待组装的部件被定位在所需位置。
这些夹具需要具有强烈的需求的基部以避免夹具的金属结构发生不期望的运动，并且这些夹具需要不断地进行验证以确保结构不会从其初始状态移动。通常，飞行器部件的定位通过附接至夹具的工具辅助部件来执行，并且飞行器部件通过外部定位系统例如附接至夹具的并将飞行器轴线定位在适当的位置中的配装件而被定位。
用于制造所需的所有这些资源相当于航空结构的总成本的10％。成本分为非经常性成本(NRC)、初始投资和经常性成本(RC)。夹具和工具成本是NRC的主要部分。
估计显示，飞行器制造的NRC的三分之一以上是由于夹具和工具造成的。这一事实代表了巨大的资本投资及长的回报期。
与具有参考“硬点”的大型结构的使用相关联的更多问题，或者同样需要定期验证的点是：
·夹具是为特定程序而特定制造的，并且不可能在另一程序中重复使用。当程序结束时由于无法使夹具适应新程序而不可能重复使用夹具。
·夹具需要重新校准以确保其准确性。这种定期操作(通常一年一次或两次)是昂贵的、复杂的并且需要长时间的停滞。
·飞行器材料与夹具材料之间的差异会由于热膨胀而产生组装和测量方面的问题。
发明内容
本发明的制造和组装方法及制造和组装系统的目的在于对常规的组装工艺进行改进。由于采用了新的测量、设计和制造工艺，无需常规的夹具便可以非常精确地完成部件的组装，从而降低了设计、制造、组装和维护的成本。常规夹具的非必要性不仅意味着在部件的设计、制造和维护方面节省了时间和成本，而且还消除了常规方法的灵活性的缺乏。
本发明的目的在于提供一种制造和组装方法，该制造和组装方法包括以下步骤：
-提供第一飞行器部件，第一飞行器部件至少包括接收器表面，第二飞行器部件的联接表面待被组装在接收器表面上，
-在计算机程序中提供第一飞行器部件和第二飞行器部件的模型，该模型处于其组装位置中，第二飞行器部件的模型包括其联接表面中的加工余量，
-通过数字化系统对第一飞行器部件的接收器表面进行数字化，从而获得例如由点云形成的数字化表面，
-将接收器表面的数字化结果定位在第一飞行器部件和第二飞行器部件的处于组装位置中的计算机模型中，使得接收器表面的数字化结果与第二飞行器部件的联接表面的加工余量相交，
-在计算机模型中获得第二部件的计算机设计模型，其中，第二飞行器部件的适于组装在第一飞行器部件的接收器表面上的联接表面配装至数字化的接收器表面，
-对要被从以上获得的计算机模型组装得到的第二飞行器部件进行机械化，
-将机械化的第二飞行器部件组装至所提供的第一飞行器部件。
因此，所要求保护的制造和组装方法的关键步骤是：从可能定位在未知位置中的接收器表面开始，对所述接收器表面进行数字化，将所述数字化结果定位在第一飞行器部件和第二飞行器部件的处于其实际组装位置时的计算机设计理论模型例如CAD模型中，其中，第二飞行器部件的联接表面包括加工余量，即，第二飞行器部件的联接表面相对于其标称尺寸过大。因此，接收器表面的数字化结果与第二飞行器部件的联接表面的加工余量相交，并且第二飞行器部件的联接表面通过获得配合点云的表面即计算机理论模型中的数字化接收器表面来实现。例如，通过逆向工程，将获得第二飞行器部件的适于接收器表面的实体部件的CAD重建。
所获得的第二飞行器部件的CAD模型因此包括联接表面，该联接表面是第一部件的接收器表面的复制品，并且因此意味着两个元件之间的调节可以具有最小的偏差。所述优点避免了对在组装过程中在两个表面之间使用液体或固体敷用物的需要。第二飞行器部件的定制制造允许其与第一飞行器部件的接收器表面的完美调节，从而满足所建立的公差。这又涉及位于两个部件的接口处的垫片元件如固体和液体垫片元件两者的移除。然后CAD模型将被导出成适当的格式以用于第二飞行器部件的机械化。
第一飞行器部件可以定位在稳定元件中，其中，不需要已知位置。与已知方法相比主要优点在于，第一部件和第二部件待被安置于的元件不需要在常规夹具中进行精确定位。在所述支承结构可取的实施方式中，该夹具元件因所要求保护的发明而可以通过涉及成本降低、维护等的较小的机械限制的支承结构来替代。
因此，所要求保护的方法包括一组操作和测量结果，所述一组操作和测量结果因此将给部件例如配装件、轴等提供在满足公差要求的其组装位置中的制造、定位和组装。
本发明的目的还在于提供一种制造和组装系统，该制造和组装系统包括：
-第一飞行器部件和第二飞行器部件的计算机程序模型，其中，计算机程序模型被构造成处于其组装位置中，第一飞行器部件构造成至少具有接收器表面，第二飞行器部件的联接表面待被组装在接收器表面上，并且第二飞行器部件的模型包括其联接表面中的加工余量，
-数字化系统，数字化系统配置成对第一飞行器部件的接收器表面进行数字化，例如以获得点云，
计算机程序模型配置成将接收器表面的数字化结果定位在组装位置中，使得接收器表面的数字化结果与第二飞行器部件的联接表面的加工余量相交，
计算机程序模型还配置成获得第二部件的计算机设计模型，其中，第二部件的适于被组装在第一部件的接收器表面上的联接表面构造成与数字化的接收器表面配装，
-机械化系统，机械化系统配置成使所获得的第二部件的计算机设计模型机械化。
总之，所要求保护的系统和方法提供了以下优点：
-降低了夹具的成本。
-减少了制造时间。
-消除了或大幅减少了液体或固体垫片的使用。
-减少了夹具的维护。
-定制制造下述部件：所述部件中的每个部件被详细分析且所述部件的尺寸可追溯。
附图说明
为了完成描述并且为了提供对本发明的更好的理解，提供了一组附图。所述附图形成了说明书的完整部分，并且对本发明的优选实施方式进行了说明。该附图包括以下图。
图1示出了组装的第一飞行器结构和第二飞行器结构的实施方式的立体图，其中，第一飞行器结构安装在支承结构上。
图2示出了第一飞行器结构的数字化接收器表面与第二飞行器结构的CAD模型相交的立体图。
图3示出了具有从接收器表面获得的联接表面的第二飞行器结构的CAD模型的立体图。
具体实施方式
图1公开了一种实施方式，该实施方式示出了联接至支承结构6的第一飞行器部件1和关于三个第二飞行器部件2的三个接收器表面3，支承结构6包括一组参考元件5、特别是一组参考表面，特别地，三个配装件适于接合至三个接收器表面3。
参考元件5将被用于使数字化的接收器表面3与第一飞行器部件1和第二飞行器部件2的计算机设计模型(CAD)正确地对准。因此，所述一组参考元件5在点云与CAD模型的正确对准中进行配合。尽管不是优选的，另一种可能性是将参考元件5直接定位在第一飞行器部件1上。将参考元件5定位在第一飞行器部件1的支承结构6上的优点在于，不需要对飞行器部件1进行操纵来定位或移除参考元件5，并且其次，相同的支承结构6及其参考元件5可以被用于相同类型的若干飞行器部件1、2的组装。
因此，包括参考元件5的支承结构6是可取的，即，将被用于对参考元件5进行定位的外部支承结构6是可取的。该支承结构6需要一定的尺寸稳定性，但不像夹具的情况那样具有限制性。
因此，在实施方式中，该方法包括以下步骤：
-提供一组参考元件5，所述一组参考元件5与第一飞行器部件1联接，
-提供第一飞行器部件1和第二飞行器部件2的计算机模型，第一飞行器部件1和第二飞行器部件2的计算机模型包括所述一组参考元件5，
-通过数字化系统对所述一组参考元件5进行数字化，
-使被数字化的参考元件5与第一飞行器部件1和第二飞行器部件2的计算机模型对准。
在参考元件5被建立并被数字化的情况下，下一步骤是生成点云，点云将用作用于随后获得所需表面的基础。在该数字化结果中，已经从接收器表面3和可以被用于对准的所述一组参考元件5这两者获得了信息。
如前所述，在获得数字化过程的结果的情况下，数字化过程的结果必须与CAD模型对准。该对准过程的正确性对于取得精确的结果而言是重要的，并且需要对对准参考元件5进行正确地选择。在这种意义上，不论在哪种情况下均可取的是，使对准过程中所使用的参考元件5均匀地分布在整个第一飞行器结构1或整个支承结构6上。
在已经对数字化过程中所获得的点云进行了处理的情况下，所述点云将以适当的格式例如.asc导出到所选择的建模软件，即，CATIA。重要的是在此要指出值得考虑的一组考虑因素：
1.点云中生成的点的分布越均匀，所产生的表面越好。
2.使所测量的组中的所有元件预先对准，这些元件的情况相对于CAD模型将是正确的。
在点云可用的情况下，可选地，下一步骤将是设定用于创建接收器表面3的数学函数7的参数，因此可以使用软件从接收器表面3的点云提取数学函数7。
在接收器表面3的数学函数7从点云生成并且假定其具有与第二飞行器部件2的理论CAD模型相交的适当的位置的情况下，将会生成第二飞行器部件2的用于制造的最终模型。因此，简单的修整操作将允许我们获得相对于实施方式的理论配装件所需的形态。
如前所述，第二飞行器部件2的CAD模型包括加工余量，该加工余量用于其随后在接收器表面3上的加工和调整。重要的是要记住，由于待定位的配装件包括加工余量，在接收器表面与所述配装件之间将会出现干涉。这些干涉将被用于随后对配装件的长度进行切割。
另外，在实施方式中，为了对整个第一飞行器部件1进行数字化，将执行多个数字化步骤，因此第一飞行器部件1被数字化成在之后被对准的多个部分。例如，当由于第一飞行器部件1的形状——该形状使得必须从不同的视角对部件1进行数字化——而产生阴影时或者当第一飞行器部件1太大而不能仅以一个步骤被数字化时。
为了使不同的数字化部分正确地对准以形成整个第一飞行器部件1，对准目标被定位在支承结构6上或第一飞行器部件1上。如之前针对参考元件5所解释的，出于与上述原因相同的原因，优选地将目标元件定位在支承结构6上。
在实施方式中，对准目标是定位在支承结构6的表面上的小的粘附物。使用光学方法如摄影测量法可以高精度地获得对准目标的相对位置，所述对准目标限定支承结构6的摄影测量框架。该位置将被用于对数字化过程中获得的不同点云进行组装。摄影测量框架仅被用于参考由航空元件构成的不同镜头或使由航空元件构成的不同镜头重叠，并且最重要的是减少测量误差。
将使用高分辨率数字化系统对接收器表面3进行数字化，数字化表面3与支承结构6的摄影测量框架由于目标识别而自动对准。因此，执行以下步骤：
-提供一组对准目标，所述一组对准目标与第一飞行器部件1联接，
-限定联接至第一飞行器部件1的对准目标的摄影测量框架，
-提供第一飞行器部件1和第二飞行器部件2的计算机模型，第一飞行器部件1和第二飞行器部件2的计算机模型包括所述一组对准目标，
-通过数字化系统对所述一组对准目标进行数字化，
-使摄影测量框架与第一飞行器部件1的程序模型对准，
-对接收器表面3进行数字化。
更具体地，在实施方式中执行以下步骤：
-将一组目标元件例如粘附物安置在第一飞行器部件1的支承结构6的不同部分中，所述一组目标元件将用作待执行的不同镜头的参考点，
-从所述一组目标元件产生摄影测量框架，
-将包括目标元件的摄影测量框架与第一飞行器部件1的CAD模型对准，
-借助于高分辨率数字化系统对接收器区域3进行数字化。

Claims (11)

1.一种飞行器部件的制造和组装方法，其特征在于，所述飞行器部件的制造和组装方法包括以下步骤：
-提供第一飞行器部件(1)，所述第一飞行器部件(1)至少包括接收器表面(3)，第二飞行器部件(2)的联接表面(4)待被组装在所述接收器表面(3)上，
-在计算机程序中提供所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的模型，该模型处于其组装位置中，所述第二飞行器部件(2)的模型包括其联接表面(4)中的加工余量(5)，
-通过数字化系统对所述第一飞行器部件(1)的所述接收器表面(3)进行数字化，从而获得数字化表面，
-将所述接收器表面(3)的数字化结果定位在所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的处于所述组装位置中的所述计算机模型中，使得所述接收器表面(3)的所述数字化结果与所述第二飞行器部件(2)的所述联接表面(4)的所述加工余量(5)相交，
-在所述计算机模型中获得所述第二部件(2)的计算机设计模型，其中，所述第二飞行器部件(2)的适于被组装在所述第一飞行器部件(1)的所述接收器表面(3)上的所述联接表面(4)配装至被数字化的接收器表面(3)，
-对要被从以上获得的所述计算机模型组装得到的所述第二飞行器部件(2)进行机械化，
-将被机械化的第二飞行器部件(2)组装至所提供的第一飞行器部件(1)。
2.根据权利要求1所述的飞行器部件的制造和组装方法，其中，所述飞行器部件的制造和组装方法包括以下步骤：
-提供一组参考元件(5)，所述一组参考元件(5)与所述第一飞行器部件(1)联接，
-提供所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的计算机模型，所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型包括所述一组参考元件(5)，
-通过数字化系统对所述一组参考元件(5)进行数字化，
-使被数字化的参考元件(5)与所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型对准。
3.根据权利要求2所述的飞行器部件的制造和组装方法，其中，所述飞行器部件的制造和组装方法包括将所述第一飞行器部件(1)设置在支承结构(6)上的步骤，所述支承结构(6)包括所述参考元件(5)。
4.根据任一前述权利要求所述的飞行器部件的制造和组装方法，其中，所述第一飞行器部件(1)的所述接收器表面(3)的所述数字化表面由点云形成，并且所述方法还包括通过计算机处理系统从所述点云获得数学函数(7)的步骤。
5.根据任一前述权利要求所述的飞行器部件的制造和组装方法，其中，所述第一飞行器部件(1)的数字化以对所述第一飞行器部件(1)的不同部分所执行的多个步骤来执行，所述第一飞行器部件(1)的不同部分之后被对准以形成整个飞行器部件(1)。
6.根据权利要求5所述的飞行器部件的制造和组装方法，其中，所述飞行器部件的制造和组装方法包括以下步骤：
-提供一组对准目标，所述一组对准目标与所述第一飞行器部件(1)联接，
-限定联接至所述第一飞行器部件(1)的所述对准目标的摄影测量框架，
-提供所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的计算机模型，所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型包括所述一组对准目标，
-通过数字化系统对所述一组对准目标进行数字化，
-使所述摄影测量框架与所述第一飞行器部件(1)的程序模型对准，
-对所述接收器表面(3)进行数字化。
7.一种飞行器部件的制造和组装系统，其特征在于，所述飞行器部件的制造和组装系统包括：
-第一飞行器部件(1)和第二飞行器部件(2)的计算机程序模型，其中，所述计算机程序模型被构造成处于其组装位置中，所述第一飞行器部件(1)构造成至少具有接收器表面(3)，所述第二飞行器部件(2)的联接表面(4)待被组装在所述接收器表面(3)上，并且所述第二飞行器部件(2)的所述模型包括其联接表面中的加工余量，
-数字化系统，所述数字化系统配置成对所述第一飞行器部件(1)的所述接收器表面(3)进行数字化，
所述计算机程序模型配置成将所述接收器表面(3)的数字化结果定位在所述组装位置中，使得所述接收器表面(3)的所述数字化结果与所述第二飞行器部件(2)的所述联接表面(4)的所述加工余量(5)相交，
所述计算机程序模型还配置成获得所述第二部件(2)的计算机设计模型，其中，所述第二部件(2)的适于被组装在所述第一部件(1)的所述接收器表面(3)上的所述联接表面(4)构造成与被数字化的接收器表面(3)配装，
-机械化系统，所述机械化系统配置成使所获得的第二部件(2)的计算机设计模型机械化。
8.根据权利要求6所述的飞行器部件的制造和组装系统，其中，所述第一飞行器部件(1)和所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型包括一组参考元件(5)，所述一组参考元件(5)配置成将被数字化的参考元件(5)与所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型对准。
9.根据权利要求8所述的飞行器部件的制造和组装系统，其中，所述飞行器部件的制造和组装系统包括所述第一飞行器部件(1)的支承结构(6)，所述支承结构(6)包括所述参考元件(5)。
10.根据任一前述权利要求7至9所述的飞行器部件的制造和组装系统，其中，所述数字化系统配置成获得所述第一飞行器部件(1)的所述接收器表面(3)的所述数字化结果的点云，并且所述制造和组装系统包括处理系统，所述处理系统配置成从所述点云限定用于所述接收器表面(3)的数学函数且配置成获得第二部件(2)的计算机设计模型，其中，所述第二部件(2)的适于被组装在所述第一飞行器部件(1)的所述接收器表面(3)上的所述表面适于所述数学接收器表面(3)。
11.根据任一前述权利要求7至10所述的飞行器部件的制造和组装系统，其中，所述飞行器部件的制造和组装系统包括：
-一组对准目标，所述一组对准目标与所述第一飞行器部件(1)联接，
-摄影测量系统，所述摄影测量系统配置成对所述对准目标进行数字化且配置成限定所述对准目标的摄影测量框架，
-所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型，所述第一飞行器部件(1)和所述第二飞行器部件(2)的所述计算机模型包括所述一组对准目标，
-所述数字化系统，所述数字化系统配置成对所述一组对准目标进行数字化，
-所述计算机模型，所述计算机模型通过所述第一飞行器部件(1)的所述程序模型配置成所述摄影测量框架。
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