導(dǎo)讀

在現(xiàn)代飛機生產(chǎn)中，精度至關(guān)重要。每一個孔位、每一個固定點都必須精確定位，以保障安全性與產(chǎn)品質(zhì)量。在由德國宇航中心（DLR）牽頭開展的 DiCADeMA 項目（數(shù)字化機艙架構(gòu)與制造設(shè)計）中，研發(fā)出了一套全新的全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化工藝流程。借助智能自動化技術(shù)，該方案將飛機機艙制造提升至全新高度。此流程中的核心部件之一，是來自友思特合作伙伴 IDS 成像系統(tǒng)有限公司的 Ensenso 3D 相機，它可實現(xiàn)鉆孔位置的高精度檢測與定位校準。

01數(shù)字化貫穿全程: 從設(shè)計到生產(chǎn)的無縫銜接

本項目旨在構(gòu)建一條從設(shè)計到生產(chǎn)的連續(xù)數(shù)字主線。機艙設(shè)計的變更（如座椅間距調(diào)整及行李艙相應(yīng)位置更新）將直接記錄在數(shù)字化設(shè)計數(shù)據(jù)中，并自動同步至生產(chǎn)規(guī)劃環(huán)節(jié)。在制造任何物理部件前，可通過仿真對這些設(shè)計方案進行驗證。數(shù)字化驗證完成后，即可立即啟動生產(chǎn)。

為將這一數(shù)字化流程落地，研究團隊在飛機機身框架樣機上開發(fā)了一套鉆孔位置自動標記系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多個網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備協(xié)同工作：自主移動機器人（AMR）行駛至機身框架附近，并在目標區(qū)域完成自主定位。AMR 上搭載一臺輕型機械臂，可將含 3D 相機在內(nèi)的標記裝置移動至采集位。此時，友思特Ensenso 相機負責(zé)執(zhí)行精確定位校準。整套子流程由集成制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）統(tǒng)一管控。

機身框架與搭載上層設(shè)備的移動機器人59

02 核心擔當: Ensenso 3D相機的精準定位邏輯

項目所采用的友思特合作伙伴 iDS Ensenso N36 相機可將環(huán)境采集為三維點云，并與飛機機身框架的 CAD 數(shù)據(jù)進行匹配。通過這種方式，即使是設(shè)計模型與實際幾何結(jié)構(gòu)之間極其微小的偏差也能被檢測出來。系統(tǒng)利用這些數(shù)據(jù)計算出精確的修正值，并上傳至上層制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。設(shè)備間通過標準化的 OPC UA 接口進行通信，確保相機、機器人與控制系統(tǒng)之間可靠、安全地交換數(shù)據(jù)。制造執(zhí)行系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為針對機器人的具體控制指令，由機器人完成鉆孔位置的標記作業(yè)。

搭載標記裝置與 3D 相機的輕型機械臂

自主機器人可實現(xiàn)約5mm的定位精度，使相機能夠安全抵達采集位置，無碰撞風(fēng)險。

友思特合作伙伴 iDS Ensenso 相機成為連接數(shù)字化設(shè)計與實際生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：它可識別局部幾何特征，本例中為多顆鉚釘及其安裝表面，并將采集到的點云與 CAD 參考數(shù)據(jù)進行比對。這一比對過程得益于手眼標定與迭代優(yōu)化算法等技術(shù)。最終生成的變換矩陣可精確描述鉆孔位置所需的修正量，通過應(yīng)用該修正值，即可精準確定鉆孔位置。

操作人員跟隨機器人移動，并在標記位置立即完成鉆孔作業(yè)。每個安裝點位均重復(fù)此流程，機器人與人可在近距離內(nèi)安全協(xié)同作業(yè)。

帶鉚釘板材的不同視角對比：實際板材（左）、CAD 點云（中）、3D 相機點云（右）

03 航空場景: Ensenso N36相機的專屬優(yōu)勢

針對飛機制造中的該應(yīng)用，需要一臺工作距離極短的緊湊型相機，以盡可能縮短從采集位置到鉆孔位置的移動路徑。這有助于保持高精度，并避免機器人進行過多運動。Ensenso N36完全滿足這些要求。

友思特合作伙伴 iDS Ensenso N 系列專為嚴苛工況環(huán)境應(yīng)用而開發(fā)。憑借緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該相機可節(jié)省空間地安裝，既可固定安裝，也可搭載在機械臂上。因此，它同樣適用于移動物體與靜止物體的三維圖像采集。

其內(nèi)置投射器即使在復(fù)雜光照條件下也能確保高對比度紋理：通過帶有隨機點陣的圖案掩模，向物體表面投射額外紋理，從而補充缺失或特征不明顯的區(qū)域。所有相機均在出廠前完成預(yù)標定，可快速便捷地投入使用。

04 價值凸顯: 數(shù)字化流程為航空制造賦能

這套數(shù)字化流程為德國宇航中心（DLR）帶來了諸多優(yōu)勢。基于相機的對位校準顯著提升了精度與重復(fù)性。同時，連續(xù)的數(shù)據(jù)采集可實現(xiàn)所有工序的完整記錄與可追溯性。裝配人員的工作負擔得以減輕，因為機器人承擔了耗時的定位工作，技術(shù)人員可專注于實際裝配作業(yè)。此外，由于不再需要手動測量或重新調(diào)整，生產(chǎn)時間大幅縮短。

點云理論值與實際值對比

05 未來展望: 從航空到多行業(yè)的精準延伸

在樣機上的演示充分展現(xiàn)了數(shù)字化流程鏈、機器人技術(shù)與 3D 圖像處理相結(jié)合的巨大潛力。在后續(xù)項目階段，將更細致地研究系統(tǒng)精度與評估算法性能，不僅涉及相機本身，還包括優(yōu)化用于理論點云與實際點云配準的數(shù)學(xué)方法。

目前在飛機制造中測試的這套系統(tǒng)，未來也可應(yīng)用于其他行業(yè)。它有力地證明了光學(xué)傳感技術(shù)與智能軟件正為制造業(yè)開啟全新時代：網(wǎng)絡(luò)化、高效化、精準化。

友思特 Ensenso 3D 相機

Ensenso 3D相機 N系列

友思特Ensenso N系列 3D視覺相機，具備緊湊堅固設(shè)計，適配惡劣環(huán)境。提供鋁制與纖維增強塑料兩種外殼，滿足不同場景需求?；诹Ⅲw視覺原理，集成大功率投影儀，擁有 IP65/67 防護等級，配備可鎖緊 GPIO 連接器。專為移動與靜止物體檢測設(shè)計，節(jié)省安裝空間，助力機器人高效完成高精度 3D 檢測任務(wù)。

審核編輯 黃宇