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    探索機器人技術在航空維修中的應用

    時間:2020-02-06 來源:價值工程 作者:邱志新 本文字數:4120字
    航空技術論文經典范文10篇之第三篇:探索機器人技術在航空維修中的應用
     
      摘要:機器人技術的運用,既可以使車間管理嚴格化,自動化工位得以增加,空間利用率得到了充分的優化,又能夠保證生產效率與生產水平的提升。以航空領域為立足點來講,維修供應商需要應用機器人技術,在遵循高級安全標準的基礎上,完成相應的檢測、測試和修理工作,從而確保飛機安全性和穩定性得到滿足。鑒于此,本文主要圍繞機器人技術在航空維修中的應用予以探索。
     
      關鍵詞:機器人技術; 航空維修; 應用探索;
     
      Abstract:
     
      The application of robot technology can not only make the workshop management strict, the automation station be increased,and the space utilization rate be fully optimized, but also can improve the production efficiency and production level. Based on the aviation field, maintenance suppliers need to apply robot technology and complete the corresponding testing, testing and repair work based on advanced safety standards to ensure the safety and stability of the aircraft are met. In view of this, this paper mainly focuses on the application of robot technology in aviation maintenance.
     
      Keyword:
     
      robot technology; aviation maintenance; application exploration;
    航空技術
     
      0 引言
     
      航空維修簡單而言就是將達到特定壽命周期的飛機作為主體,并在維修基地開展系統性維修的一種活動。其與航空制造廠飛機從無到有這一制造模式有著本質性區別,航空維修客觀來講是集修和造為一體的綜合性的模式,通過維修使其零部件性能得以恢復是其側重點所在。近年來,在飛機數量持續增長的背景下,對維修質量和維修周期都提出了較高的要求,傳統航空維修生產方式也面臨著前所未有的挑戰,為了更好地應對挑戰,確保自身的可持續發展,許多航空維修企業也加大了探索力度。
     
      1 機器人技術概述
     
      機器人可以歸入半自助或全自助的工作機器領域當中,是集現代化制造技術、材料技術和信息化技術為一體的智能制造產品[1]。通常來講,機器人可以分為基于制造環境下所應用的工業機器人和基于非制造環境下所應用的服務機器人兩種。就服務機器人而言,又可以根據應用環境不同將其細分為為家庭或為人服務的機器人和特殊環境下的專業服務機器人。應用在航空領域的機器人則屬于后者。
     
      雖然人們對于機器人保持著極強的好奇心和想象力,但是不可否認的是,實際機器人與人們期許的機器人狀態有很大的差別。第一,機器人是多學科體系的整合,不僅需要將硬件和軟件等各學科知識融入到其中,而且也需要依賴較大規模的研發隊伍,并投入大量的時間與精力。第二,現階段的工業機器人運轉環境主要以結構化運轉環境為主,對于服務機器人來講,只能完成一些不具備難度的任務,而特種機器人的特殊項目通常需要依賴遙控才能得以完成。
     
      2 航空維修的特征分析
     
      航空維修與航空制造有很大的區別,航空維修過程中的特征主要有以下幾點:第一,航空維修過程中大部分工作都是圍繞飛機外觀缺損、表面缺陷和幾何尺寸測量等方面開展的,然而,現下的這些工作主要還是依賴于人工完成,這也體現出當前航空維修自動化程度和工作效率低下的客觀事實,將基于機器視覺的自動檢測技術應用到其中顯得尤為迫切。第二,品種多、小批量是航空維修零件中時長存在的問題,既不能對其進行簡單的歸類劃分,也不能在特定方式下對其進行批量化處理,這就使得在維修過程中需要針對單一零件進行個性化修理,這給機器人技術柔性化程度也提出了更高的要求。第三,飛機整機拆除與除漆也是航空維修過程中遇到的難題,此過程不僅沒有囊括在飛機制造工序內,而且其與飛機制造也有著突出的差別,在機器人技術引入過程中無法找到可以為其提供參考和借鑒的資源。第四,航空維修行業間存在利益競爭關系是不可避免的,然而,就行業鏈下游的航空維修企業來講,其在獲取產品數模信息等大量原始信息方面相對困難,相應的機器人技術應用也會受到連帶影響。
     
      3 機器人技術在航空維修中的應用
     
      3.1 工業機器人在航空機械零件特殊修理過程中的應用
     
      就航空維修這一過程而言,無論是航空零件缺損部位的低熱輸入焊接等修復目標的實現還是恢復表面尺寸等目標的實現,都可以應用激光熔覆技術和熱噴涂技術。然而,由于受到零件外形不同且受損部位不同等方面的影響,使得上述方法運用時存在一定的難度。而對工業機器人高度柔性化進行充分利用則可以使上述難題得到有效的解決。如圖1、圖2所示。
     
      3.2 機器視覺技術在零件外觀與尺寸檢測上的應用
     
      在圍繞某型飛機進氣道防護柵開展維修工作時,需要對將近十萬個小孔進行裂紋檢測,而檢測過程中則需要通過目視來完成,如圖3所示。由此可以看出,此類工作不僅任務量巨大,而且在檢測過程中也極易受到外界因素的干擾與影響,修理質量也無法得到保障,裂紋漏檢漏修等現象也時有發生,進而也會對飛機修理質量產生不利影響。想要使此問題得到充分且有效的解決,可以將機器視覺檢測的方式應用到檢測過程中,在機器視覺依托下實現以往攝取目標向圖像信號的轉變,并將轉換完成的圖像信號提交到圖像處理系統中,這樣圖像處理系統就會依賴于系統性的圖像處理技術完成對防護柵裂紋的識別,整個過程也都能實現自動化。
     
     
      圖1 激光熔覆維修中工業機器人的運用  
     
     
      圖2 熱噴涂維修中工業機器人的運用   
     
     
      圖3 防護柵一角的裂紋展示   
     
      在針對橡膠零件實施檢測時,由于受到橡膠本身具有彈性等影響,所以在對其幾何尺寸進行測量時難度較大,實施效率也相對較低。對此,可以將OGP影響測量系統運用到其中。此系統囊括了精密光學技術、先進電子技術等多個技術在內,可以使任何零件的影響得到清晰化、精準化的展現,為后續測量提供精準的參考依據,保證測量效果。此系統主要是在機器視覺和圖像處理技術結合運用下對橡膠零件予以的測量,且測量過程是非接觸式的,將其與單一點接觸系統對比可知,不僅其零件數據更為詳細,而且以往存在于小型橡膠零件無法準確測量的問題也得到了有效的解決。
     
      3.3 全向移動技術在飛機大部件運輸裝配中的應用
     
      飛機大部件運輸裝配是航空維修過程中難度較大的問題,且在運輸裝配時想要更好地與配套工裝實現調整與對接,還需要有充足的時間保障。對此,主要以麥克拉姆輪全向移動技術為基礎,對運輸裝配全向車進行了研究與開發。就此車而言,其不僅應用了速度伺服技術,而且也囊括了以多軸運動精確控制在內的多項先進技術,以此確保車輛基于平面狀態下的三自由度任意方向的精確移動。這也給航空修理廠發動機裝備和武器裝備系統運輸與裝配提供了重要的技術支撐,且應用效果可觀。
     
      4 機器人技術在航空維修中應用需要突破的關鍵技術
     
      4.1 快速逆向測量技術
     
      客觀來講,大部分工業機器人操作時,想要對機器人運動軌跡與路徑進行計算,需要在目標產品幾何外形數據基礎上來進行。然而,在航空維修過程中,許多上游企業會對技術進行封鎖處理,礙于此方面的影響,不僅會導致目標產品原始圖紙和數字化幾何模型的缺失,而且獲取幾何外形數據信息時,也只能借助專業逆向測量設備對外形進行逆向測繪來獲得[2]。因此,如何以快速逆向數據處理和專業編輯技術的整合為載體實現對合格三維數模的獲取是當下較為關鍵的技術。
     
      4.2 機器視覺技術
     
      機器視覺技術是指將機器人技術與照相測量技術整合起來的一種技術形式。通過上文闡述可知,航空維修過程中存在大量的目視檢查工作,這也決定了其對于機器視覺技術需求的迫切性。從理論角度來講,所有依靠目視方式來檢查的內容,均能借助機器視覺技術來替代,且無論是質量還是效率方面都要遠遠高于目視模式。尤其對于效率方面來講,其較以往傳統目視方式提升是多倍的。就這一過程中涉及到的圖像處理和后續軟件開發定制而言,是構成該項技術的核心與關鍵,對此,也要將此作為需要突破的核心。
     
      4.3 離線編程與仿真技術
     
      機器人執行命令主要是靠程序來控制的,對傳統示教編程進行審視可以得知,精讀不高、效率低下是其最為突出的特征,同時,在完成與目標產品幾何模型數據對接任務時也存在較大難度,這都是阻礙航空定制化維修過程中應用此項技術的重要阻礙[3]。對此,要確保機器人始終處于精確性和柔性化控制當中,確保其與各種限制條件的契合性并順利應用,規避有可能發生的碰撞與干涉,著重促進編程效率的提升,因此,深入研究和應用機器人離線編程系統尤為迫切。
     
      4.4 高精度測量定位技術
     
      整機除漆、噴漆是航空維修中的特殊過程,其工作范圍也遠遠大于主流工業機器人的工作半徑,具有作業區域大等特征。同時,其對于精讀要求也較高,這是現有工業機器人不能達到的。鑒于此,就要借助高精度測量裝置的輔助作用,實現對機器人末端執行器的有效引導,以此促進運動軌跡伺服控制的實現[4]。從現階段來講,除了可以對傳統激光跟蹤儀予以運用外,還可以將室內GPS進行充分的應用,尤其對于大尺寸測量來講,其適用性更強,一方面能夠以整體作業空間為范圍建立測量場,另一方面還能在滿足現場需求的基礎上,使機器人數量有所增長的同時減少其額外測量費用,相應的在固定工裝投入的費用也能得到有效的控制。
     
      5 結束語
     
      航空維修與航空制造有著本質性區別,在引進和應用機器人技術時,要改變以往照搬照抄、盲目求新的態度,而是應該將既有的發展成熟的機器人技術作為探究的著重點和方向,并加大其最佳適用區域的探索,這也是拓寬機器人技術在航空維修中的深度的有效方法。從實際角度而言,雖然航空維修領域機器人應用還有待發展與完善,但是近年來機器人在航空領域應用獲得的良好效果與成功案例都向我們展示了其具有的光明前景。未來,航空維修市場競爭也會逐漸激烈,以先進的機器人技術為基礎,促進企業綜合實力的提升,是當下航空維修行業的重要發展方向。
     
      參考文獻
      [1]舒送,趙桂芳,張小輝.機器人技術在航空維修中的應用探索[J].機械設計與制造,2018(01):248-250.
      [2]Alex Derber,張志昌.機器人在航空維修領域的應用[J].航空維修與工程,2019(04):25-27.
      [3]鄧國智.航空維修中機器人技術的應用方法[J].粘接,2019,40(07):127-129.
      [4]張興剛,王芝橋,房靈申,孫元,于鶴霖.航空環形件加工機器人端拾器的結構設計[J].組合機床與自動化加工技術,2019(08):23-25,48.
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