航空器制造中的数字化精密技术

从设计到生产的数字化工艺链

该项目的目标是建立从设计到生产的一条连续的数字主线。客舱设计的变更（如座椅间距及相应行李舱位置调整）将直接记录于数字化设计数据中，并自动传输至生产计划系统。仿真技术使这些变体能在任何制造商制造实体部件之前得到验证。一旦完成数字验证，即可立即开始生产。

为使该数字化流程具象化，在飞机框架结构的模型上开发了一套自动标记钻孔位置的系统。在此配置中，多个联网系统协同工作：自主移动机器人（AMR）驶近框架，并在目标区域附近定位。安装在AMR上的轻型机器人将标记单元（包括3D相机）移动至采集位置。此时，Ensenso相机将接管精细对准工作。一个集成的制造执行系统（MES）控制所有子流程。

3D相机的作用

所使用的Ensenso N36相机将环境以三维点云形式捕捉，并与飞机框架的CAD数据进行匹配。通过这种方式，即使目标模型与实际几何体之间存在最微小的偏差也能被检测出来。该系统利用这些数据计算出精确的修正值，并将修正值传输至上级MES系统。通信通过标准化的OPC UA接口实现，确保相机、机器人与控制系统之间数据交换的可靠性与安全性。MES系统将采集到的数据转化为具体的控制指令，机器人据此执行钻孔位置的标记操作。

该自主机器人实现了约五毫米的定位精度。这使得相机能够安全地到达采集位置，避免碰撞风险。

Ensenso相机成为数字设计与现实制造商之间的重要纽带：它识别局部几何结构——本例中为多个铆钉及其所处的基面——并将采集到的点云数据与CAD参考数据进行比对。这种比较得以实现，除其他因素外，还得益于手眼协调校准和迭代最小化过程。结果是一个变换矩阵，它精确描述了钻孔位置所需的修正量。通过应用该修正值，可精确设定钻孔位置。

操作员跟随车辆行驶，并在标记位置立即钻孔。该过程在每个安装点重复进行，同时机器人与人类能够在彼此近距离范围内安全协作。

在飞机制造领域的此类应用中，需要采用工作距离极短的紧凑型相机，以最大限度缩短从采集位置到钻孔位置的移动路径。这有助于保持高精度，并避免机器人动作过度。Ensenso N36 满足这些要求。Ensenso N系列产品专为严苛环境条件而设计。得益于其紧凑的设计，该相机可节省空间地安装，既可固定安装，也可安装在机械臂上。这使得它同样适用于对移动和静止物体的3D捕捉。集成投影仪即使在复杂的光照条件下也能确保高对比度的纹理效果：它通过带有随机点阵图案的图案掩模，在物体表面投射额外结构，从而补充缺失或微弱的特征。所有相机均在工厂预先校准，因此可快速便捷地投入使用。

制造商的益处

数字化流程为DLR提供了诸多优势。基于相机的对准技术显著提高了精度和重复性。同时，持续的数据采集可实现所有工艺步骤的完整记录与可追溯性。装配人员如释重负，因为机器人接管了耗时的定位工作，使熟练工人能够专注于实际的装配操作。此外，由于不再需要人工测量或重新调整，生产时间也显著缩短。