【关键词】飞机大部件装配；数字化组合测量；坐标变换

引言

飞机制造包含复杂而精确的流程，其中机身与机翼的装配质量会对飞机性能产生直接影响。在装配阶段，精准检测质量问题尤为关键，这有益于优化效率并缩减装配时间。然而，由于飞机尺寸庞大，存在复杂曲面，传统测量手段具有局限性，难以满足数字化装配的高标准要求[1]。因此，文章研究出一种高效又精确的数字化测量方法，对于优化飞机制造质量以及缩减制造时间尤为必要。

一、飞机大部件装配外形测量的难点分析

（一）复杂曲面测量难题

飞机大部件的外形往往包含复杂的曲面，这些曲面不是简单的几何形状，而是经专门设计以符合特定空气动力学需求的形式。传统测量方法应对这种复杂曲面的时候，因为缺少有效的曲面数据收集手段，很难全面而精准地得到曲面的几何信息。当遇到带有双曲率或者自由曲面特性的飞机部件时，传统测量工具不能完全贴合曲面来执行测量，这样就会造成测量数据存在遗漏或者不够准确的情况，无法彻底呈现曲面实际的形状[2]。

（二）大尺寸带来的挑战

飞机大部件的尺寸非常大，这给测量工作造成很多困难。其一，大尺寸部件对测量设备量程提出了特殊需求，普通测量设备无法包含整个测量范围。其二，在进行大尺寸测量的时候，测量误差极易累加。在采用长距离测量工具时，受工具自身重量、材质特性以及环境因素的影响，测量过程中大概会发生挠曲变形，进而致使测量结果出现偏差。在大尺寸空间里，测量设备的安装、校准以及测量点的定位都变得更为繁杂，增加了测量工作的困难和不确定性。

（三）海量型面测量数据的处理

在进行飞机大部件型面测量时会产生海量的数据，如何高效地处理这些数据，无疑是一项颇具挑战性的任务。传统数据处理方法应对如此大规模的数据时，计算效率很低，不能快速而精准地从海量数据当中获取到有价值的信息。并且，因为数据量很大，数据存储也面临压力，需运用大容量、高性能的数据存储设备。在数据传送期间，还极易发生数据遗失、传送延误等问题，从而影响到测量工作的整体效率和准确度。

二、数字化组合测量系统的构建

（一）激光跟踪仪

激光跟踪仪属于数字化合成测量系统里的关键组成部分，其具备测量精度高、测量范围广的优势。激光跟踪仪通过发射激光束，并对目标反射镜的位置变化展开追踪，可以立即得到测量点的三维坐标信息。在飞机大部件装配外形测量环节中，激光跟踪仪可被用来精准测量飞机大部件的总体位置与姿态，为后续的装配调整提供精确的数据支撑。譬如进行机翼和机身的对接装配时，激光跟踪仪能够随时监测机身的位置偏差，引领装配人员实施精确调整，以保证对接精度。不过，激光跟踪仪还是存在一定局限性，其测角精度有所短缺，而且极易受环境因素影响，温度、湿度、气流等都会加大测量误差。另外，当使用激光跟踪仪来测量复杂部件的时候，测量视线往往会被遮挡，造成部分位置很难被测量[34]。

（二）关节臂测量仪

关节臂测量仪凭借自身的灵活性及其对复杂型面的适应能力，在数字化复合测量系统中扮演着独特的角色。它由许多关节相互结合而形成，在测量时可以自由地弯曲和伸展，从而便捷地触及到飞机大部件上的各个测量点，特别是对那些构造繁杂且空间狭窄的区域。关节臂测量仪能够精准地采集到飞机大部件复杂型面的详细数据，对于识别部件表面微小的瑕疵或者变形等情况具备比较高的敏感度。如当检查飞机机身蒙皮的表面质量的时候，关节臂测量仪能够顺着蒙皮表面执行细致的测量，精确地察觉到表面存在的凹凸、划痕之类的问题。然而，关节臂测量仪的测量范围相对小一些，不太适合应用于大型飞机部件的整体性测量，而且它的测量精确度在某种程度上会被关节的磨损状况以及手臂的长度所影响。

（三）摄影测量

摄影测量属于借助光学原理的非接触式测量手段，在数字化合成测量体系当中占据独有的优势地位。它会从诸多角度针对飞机大部件执行拍照操作，然后借由摄影测量软件来识别并适配照片中的特征点，以此算出测量点的三维坐标。摄影测量具备测量速度快、测量范围广的优点，可以一次性采集众多的测量点数据，适宜于对飞机大部件的整体外观展开快速扫描及测量。如在实施飞机机身最初外观测量时，摄影测量能够即刻得到机身表面许多测量点的坐标信息，并立即创建起机身外观的点云数据。然而摄影测量的精准度比较低，极易被光照情况、拍摄角度以及被测物体表面材质等因素影响，针对某些有着较高精度要求的测量工作来说，仅仅凭借摄影测量是无法满足要求的。

（四）系统集成与协同工作

数字化合成测量系统不是把激光跟踪仪、关节臂测量仪和摄影测量这三种测量设备随意地拼凑在一起，而是通过有效的系统融合，让它们协同运作，从而发扬各自的长处，弥补相互之间的短处。在实际测量中，先依靠摄影测量迅速地对飞机大部件执行整体性扫描，得到初步的外形数据和测量点分布情况，为后面的精准测量构筑根基。依照摄影测量所得到的结果，利用激光跟踪仪针对大部件的关键部位及其整体姿态展开精密测量，以保证大部件整体的装配精度。针对大部件上的复杂型面与局部细节部位，利用关节臂测量仪实施细致测量，以得到高精度的局部数据。通过这样的协同工作方式，数字化合成测量系统既能保证测量精度，又能提升型面测量效率，从而满足飞机大部件装配外形测量的复杂需求[56]。

三、飞机大部件装配外形的数字化组合测量优化方案

（一）测量设备的优化

要减小环境因素对激光跟踪仪测量精度产生的影响，可以在测量现场安装恒温、恒湿的环境调节设备，减小温度和湿度的波动给测量结果带来的干扰，为激光跟踪仪装配高精度的测角附件来改进它的测角精度。对于关节臂测量仪来说，要按时对关节实施养护和校准，替换磨损厉害的关节零件，以此来确保测量精度。依照不同的测量任务，选取恰当规格和精度的关节臂测量仪，防止由于设备选型不合适而影响测量成果。就摄影测量而言，改良拍摄设备的安排，采用高分辨率、高帧率的相机，进而改善照片的质量。在拍摄之前也要对相机执行校准，保证相机参数正确无误；合理规划拍摄角度和拍摄距离，规避因为拍摄角度不合理而造成的特征点识别错误，从而提升摄影测量的精度。

（二）数据处理的优化

在数据处理环节，要采用先进的大数据处理算法与云计算技术，提升海量型面测量数据的处理效率，并用分布式存储系统来化解数据存储压力大这一难题，并保障数据安全可靠。在进行数据传送时，需采用加密传送协议和高速网络设备防止数据丢失，缩减传送时延。优化坐标变换算法，加强多测量站点数据在全局坐标系下统一的精准度，通过人工智能算法对测量数据执行预处理，自动识别并剔除异常数据，削减人工干预，提升数据处理的准确度与效率。而在对测量数据与理论模型进行对比分析时，应采用更为先进的点云契合算法，这样可以提升契合的精度和速度，从而更为精准地算出测量点和理论模型对应位置间的偏差。

（三）测量流程的优化

按照飞机大部件的结构特性与测量需求来制订科学合理的测量流程。在测量之前，要对测量人员展开专业培训，让他们了解测量设备的操作方法及测量流程，以缩减人为操作造成的误差。在测量过程中，构建严格的质量调控体系，针对每个测量环节执行质量核查并做好记录，及时察觉和解决测量过程中产生的问题。运用摄影测量实施快速扫描之后，对点云数据执行初步检查，保证数据的完整性和准确性。用激光跟踪仪、关节臂测量仪执行精确测量的时候，要定期校准、检查测量设备，从而确保测量数据的可靠性。改良测量站点的布置，减少测量设备的移动频次，提升测量效率，运用模拟仿真技术预先规划好测量路径和测量点，避免在测量时出现重复操作、漏测测量点之类的情况。

（四）系统集成的优化

为了进一步提升数字化合成测量系统当中激光跟踪仪、关节臂测量仪以及摄影测量设备彼此之间的融合与协同工作能力，需要开发系统融合软件，实现三种测量设备之间数据的即时共享与交互，从而优化系统整体的运行效率。在软件中设置智能决策模块，按照不同的测量任务和测量场景，自行选取最恰当的测量设备和测量方法，做到对测量资源的理想调配。倘若测量任务是对飞机大部件执行整体外形的快速扫描，软件就自行选取摄影测量设备；如果要对关键部位执行高精度测量，软件便自行转换到激光跟踪仪或者关节臂测量仪。另外，还要增强系统的适配性和拓展性，以便捷地接入新的测量设备和技术，适应将来飞机制造技术发展的需求。

四、飞机机身装配外形精度保证的应用实例

（一）测量任务与要求

在进行飞机机身装配时，要准确保障机身外形精度，这是保证飞行性能和结构安全的关键。测量目标就是得到机身实际外形数据，再跟设计理论模型做对比，以此来判断装配过程中有无外形偏差，还要将偏差严格控制在规定公差之内。机身长度方向尺寸公差要求为正负0.8毫米，型面轮廓度公差要求为正负0.5毫米。装配现场环境比较复杂，测量工作要在不影响装配流程的情况下展开，而且要保证测量结果的准确可靠。

（二）数字化组合测量系统及其优化策略应用

飞机机身的测量任务由数字化复合测量系统负责，并且通过一系列改进措施来提升测量效果。就测量设备而言，装配车间装有温湿度智能调节系统，以保证测量环境恒定不变。激光跟踪仪加装了高精度角度修正装置，从而保证测量角度精确无误。关节臂测量仪经过深入保养和校正，进而提升测量的稳定性。摄影测量阶段使用高像素工业相机，对拍摄角度和距离进行科学规划，防止因为视角引发的测量误差。

在数据处理环节，应用大数据分析算法、云计算平台完成大量测量数据的迅速处理与存储。测量数据经过加密传输协议并通过高速光纤网络传输，保障数据安全与传输速度，用人工智能算法对原始数据预先加工，去除干扰噪声，用点云匹配算法把测量数据同理论模型精准比较分析。

为了优化测量流程，需要对测量人员开展专业培训，构建严格的质量控制体系，改良测量站点的布局，改善测量路径规划，削减重复测量和无谓的移动。在系统融合层面，依靠专门的数据融合软件，实现各种测量设备数据的即时共享和互动。利用智能决策模块，依照测量需求自动选取最合适的测量设备和办法，从而加强测量系统的整体协同能力。

（三）测量结果与分析

通过运用数字化组合测量系统以及优化策略，可以得到飞机机身的实际外形测量数据。将测量得到的数据同理论模型对比，将机身各个区域的外形偏差控制在规定的公差范围之内，相较于没有采用优化策略情形下，测量效率提升了约40%。

对测量过程和数据展开深入分析可知，优化策略在削减测量误差、改进数据处理速度、改良测量流程等方面均收获了明显成效。对环境控制系统的运用在很大程度上减小了激光跟踪仪的测量误差，大数据处理算法以及云计算技术明显缩短了数据处理时延，智能决策模块的加入使得测量设备的选择更为恰当，使设备闲置时间得以减少，整体测量效率得到极大提升，从而给飞机机身的高精度装配提供了有力保障。

结语

飞机大部件装配外形的数字化合成测量方法是包含激光跟踪仪、关节臂测量仪和摄影测量的数字化合成测量系统，该系统的运用可以有效地化解传统测量设备在精度和效率方面存在的矛盾。文章提出的改进策略涉及对测量设备、数据处理、测量流程以及系统融合等方面的改良，这些策略的实施进一步改善了测量效果，明显改进了型面测量的效率。文章证实了该方法和改进策略的正确性与有效性，这样不但可以加强飞机制造的质量，而且可以缩短制造时间，为飞机大部件装配外形测量提供了一种可靠又高效的方案，对于飞机制造领域有着重要的推动意义。将来，数字化合成测量方法和改进策略可能会被更为普遍地采纳，并得到进一步发展，从而顺应该行业更高精度、更高效的生产需求。

参考文献：

[1] 刘春，陈宇，杨冬，等.飞机大部件对接系统数字孪生技术应用研究[J].航空制造技术，2025，68（Z1）：130136.

[2] 王洪喜，孙正阳，刘冰，等.基于拉绳位移传感器的飞机大部件对接测量场构建与位姿求解[J].光学精密工程，2024，32（21）：31843199.

[3] 邢宏文，刘思仁，管啸.多场融合测量驱动的飞机大部件对接质量控制[J].空天防御，2024，7（05）：97102.

[4] 何喜，马浩然，宁梓佟，等.面向ACDM节点数据匹配的飞机智慧轮挡研究与应用[J].信息与电脑（理论版），2022，34（01）：119121.

[5] 郗唯杰.基于数字化测量的飞机大部件自动对接关键技术研究[D].太原：中北大学，2024.

[6] 刘冰.基于拉绳位移传感器的飞机大部件对接位姿测量方法研究[D].西安：西安工业大学，2023.