航空航天领域中，小零件起大作用

    作者：Conard Holton

    众所周知，成像在航空航天领域中具有从侦察和遥感到武器和飞行安全等多方面的应用。鲜为人知的是在航空航天部件和航空器制造中，成像——特别是机器视觉正在扮演着越来越重要的角色。

    F-22猛禽战斗机是一种行踪诡秘的战机，它要求制造过程的所有工序都具有极高的精度以使反射的雷达信号保持最低。即使紧固件在飞机外壳表面上突起的部分只有一张纸的厚度也会使飞机暴露在敌军的雷达下。有成千上万个紧固件将合成外壳接合在机身上，每一个都要完美无误。

    为了说明制造方面的挑战，我们来考虑F-22机尾的垂直尾翼，该尾翼是由主要承包商洛克希德·马丁公司在佐治亚州玛利埃塔市的一个生产部门装配的。最后的装配工序包括钻3459个孔，其中的每一个孔都必须打一个几千分之一英寸以内规定深度的埋头孔。作为制造性能改进研究项目的一部分，Applied International Motion公司设计并制造了一个定制的龙门式机器人来钻这些孔。机器视觉系统集成商Delta Sigma起到了一个关键的作用，它开发了一个数据库，用于为机器人提供垂直尾翼的数据，并为机器人的六个轴计算正确的工具位置和工具轨迹。

    钻孔与填充

    龙门式钻孔台在x-y平面内的行程为12英尺，在z轴方向的行程为4英尺。在定位装置的一端有一个带有两个旋转轴以及活动套筒和转轴的钻头，能够在钛材料上打出直径为5/8英寸的孔。钻头周围是一个受弹簧支承的探针，称为压力脚，它配有一个高分辨率编码器。
 
    “该工程最具挑战的部分是测量埋埋头孔的深度,”AIM公司的工程副总经理Dan DalColletto说。一旦确定了垂直尾翼的坐标系，要得到点和向量就相对容易了。他说，“但是，外壳表面相对于这一坐标系有一定的不确定性。外壳表面的公差是英寸，而我们需要使埋头孔的精度比这高20倍。”

    我们用压力脚来解决这一挑战。压力脚恰好在钻头与外壳接触之前测量外壳表面的位置。这些数据用于在接触之前几毫秒校准钻孔机器人。只要外壳与探针之间、以及探针与钻头之间的相对位置是已知的——这是由视觉系统来完成的——系统就可以正常工作。
 
    “我们的测试表明视觉系统能够很容易地在这些庞大的切割工具上实现千分之一英寸的精度，”Delta Sigma公司的工程副总经理Brett Haisty说。“我们正在使用一种远心透镜，用它可制成成像面积为1平方英寸、由红光发光二极管照明的高分辨率智能照相机。在钻头以上大约0.9英寸处有一个埋头钻，这样我们就可以在一次动作中完成钻孔和打埋头孔。最关键的是压力脚和埋头钻之间的尺寸。这通常是间接测量的。现在我们可以直接测量它了。”

    利用视觉系统对埋头钻和压力脚之间进行直接测量，可以在多个方面改善性能和成本。视觉系统使得对工具座中刀具的特性不再有苛刻的要求。并且降低钻头顶端到埋头钻的公差可能使其成本降低。此外，操作人员可以确定钻的直径是正确的，以防把错误的刀具装在工具座上，并可以检查对刀具造成的损害，这样可以避免代价昂贵的错误。

    “这项技术看起来很有前景，”洛克希德·马丁公司领导该研究项目的应用主管工程师Mark Bowen说。“我们开展对钻孔深度视觉校准的研究是因为每天都要重复几百遍的手工测量和校准工序。我们可以把一项每次需要花费一两分钟的任务，缩短到只用几秒钟的时间完成。如果我们能够做到这一点并同时提高精度，则这一工程对于F-22项目将产生极大的益处。”

（中国图像网报道）