王金丹

摘 要：該文簡述了利用激光跟蹤儀的組成、測量技術(shù)原理，結(jié)合某飛機翼下整流罩的測量實例，在采用激光跟蹤儀測量過程中，通過對基于模型定義（MBD）的三維理論數(shù)模的大部件測量技術(shù)及激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站位測量等關(guān)鍵技術(shù)進行研究，完成了激光跟蹤儀對大部件翼下整流罩外形的精確測量。

關(guān)鍵詞：激光跟蹤儀 翼下整流罩 數(shù)模 站位 測量

中圖分類號：TN247 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（b）-0044-02

現(xiàn)代飛機零組、部件其尺寸及外形的精度要求較高，保證飛機產(chǎn)品裝配協(xié)調(diào)及其幾何外形非常重要，精確測量、定位，這樣才能保證航空器的安全性。隨著航空制造業(yè)的迅速發(fā)展，航空領(lǐng)域現(xiàn)代化測控技術(shù)的應(yīng)用也隨之快速發(fā)展，激光跟蹤儀的廣泛應(yīng)用充分說明了一點，激光跟蹤儀具有在大范圍測量應(yīng)用中移動性好、輕便靈活及其測量系統(tǒng)的高精度自動化測量的特點。傳統(tǒng)的測量外形方法無法保證測量精度，必然被先進的測量技術(shù)逐步取代。

1 激光跟蹤儀的組成與測量技術(shù)原理

1.1 激光跟蹤儀的組成

激光跟蹤儀是集激光干涉測距技術(shù)、光電檢測技術(shù)、精密機械技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等于一體的新型測量儀器。它主要是由激光跟蹤頭、控制器、反射器（靶標）、應(yīng)用處理機及測量軟件組成。

1.2 激光跟蹤儀測量技術(shù)原理

激光跟蹤儀能夠通過數(shù)字化設(shè)計模型提取的理論數(shù)據(jù)與測量獲取數(shù)據(jù)的比對評價，實現(xiàn)零組件、部件外形的精確測量。激光跟蹤儀是基于球坐標系的空間坐標測量機， 可實現(xiàn)目標的靜態(tài)坐標測量和動態(tài)軌跡跟蹤。激光跟蹤儀的測量系統(tǒng)的基本原理是：激光跟蹤目標反射器，通過自身的測角系統(tǒng)（水平測角、垂直測角）及激光絕對測距系統(tǒng)來確定空間點（目標反射器的空間位置）的坐標，再通過儀器自身的校準參數(shù)和氣象補償參數(shù)對過程中產(chǎn)生的誤差進行補償，來獲取空間的坐標。

空間點的測量通常有兩種方法：第一種方法是直接測量法。將角耦棱鏡置于待測點位置，再進行采數(shù)，就得到了空間點的位置；第二種方法是間接測量法。通過測量球面或圓形，采用球心擬合或圓心擬合的方式間接得到球心和圓心點的坐標。這種方法用于孔等角耦棱鏡不能直接測量的部位。

上面這兩種方法在整個測量過程中，應(yīng)盡量避免氣流的擾動及物體的震動，否則將影響測量結(jié)果。

2 翼下整流罩的測量應(yīng)用

現(xiàn)選取典型部件某飛機翼下整流罩，來研究采用激光跟蹤儀測量的方法，該大部件具有基于模型定義（MBD）的三維理論數(shù)模（CATIA理論模型），其外形與飛機氣動外形有關(guān)，外形輪廓度要求較高。

2.1 測量過程分析

首先確定對翼下整流罩測量應(yīng)該在完成裝配后，不需要將翼下整流罩從工裝型架上拆卸下來，而直接在裝配工裝型架上完成該部件的測量。以此檢驗確認其裝配制造完成后，整流罩是否符合產(chǎn)品的設(shè)計要求。

2.1.1 測量坐標系的建立

該被測部件裝配姿態(tài)為“倒C”形垂直布置，如圖1所示。裝配型架是整體框架式工裝。型架體有多個基準工具球點（TB點），即型架上的Φ8H7孔插入反射器座，反射器球心即為TB點，這些TB點最大范圍分布在整個型架上，也是整個型架的制造基準。

先選取7個TB點，這7個TB點要最大限度地包容整個工裝的主體結(jié)構(gòu)，使用激光跟蹤儀測量時光源不被擋住。在完成激光跟蹤儀校準后，采用單點測量模式對工裝的TB點進行測量，然后通過測量軟件將測得的實測值與工裝上理論坐標值進行擬合，這樣就建立了與飛機坐標系一致的測量坐標系。

2.1.2 被測件的外形輪廓度公差要求

由MBD三維數(shù)模獲得翼下整流罩設(shè)計給出的外形輪廓度公差要求是1.75，且超出誤差范圍的點不能超過被測點總數(shù)的6%，得出測量結(jié)果可以進行判斷被測件是否符合設(shè)計要求。

2.1.3 被測件測量站位設(shè)置

（1）測量站位的設(shè)置要求。

采用激光跟蹤儀對產(chǎn)品外形測量時，其坐標原點在跟蹤儀內(nèi)部，所有得到的站位坐標都在這個坐標系下，小而簡單特性在一個站位就能完成測量，而對于復(fù)雜的大部件就需要多個這樣的坐標系才能反映全部位置坐標，然后將多個站位的坐標系轉(zhuǎn)化到同一個坐標系下，這是必須要解決的難點。

兩個空間坐標系需要建立聯(lián)系，至少需要不在同一直線上3個點的空間坐標（兩個坐標系下），這樣才能得到空間兩個坐標原點間的空間關(guān)系。那么，將兩個站位數(shù)據(jù)放在同一站位的坐標系時，要保證3個不共線的公共點。轉(zhuǎn)站時的測量誤差將影響到每一個測量點，這個誤差必須控制，要根據(jù)被測產(chǎn)品的精確度而定。

（2）測量站位設(shè)置。

激光跟蹤儀僅能測量到其視角的測量范圍，要完成對翼下整流罩整個外形的測量，在任何角度都不能一次完成，需要轉(zhuǎn)站位才能完成整個外形的測量。單臺激光跟蹤儀必須通過轉(zhuǎn)站的方法擴大測量范圍。然而轉(zhuǎn)站位測量次數(shù)越多，測量結(jié)果的誤差值就越大，所以盡量減少轉(zhuǎn)站次數(shù)。確定測量該件需要設(shè)置2個站位，如圖2所示。

根據(jù)轉(zhuǎn)站位設(shè)置要求，相鄰的站位之間至少要有3個不共線的共同基點，其中站位1和站位2的3個共同的TB點，應(yīng)能限制住被測型面的6個自由度。然后由計算機測量軟件通過擬合計算，把兩個站位信息相互聯(lián)系，形成統(tǒng)一的坐標系。

2.2 實施測量

將翼下整流罩與型架工裝的MBD三維數(shù)模（CATIA模型）組合為組件數(shù)模，然后將其轉(zhuǎn)換為激光跟蹤儀能讀取的格式（如STP格式），導(dǎo)入激光跟蹤儀計算機系統(tǒng)測量的軟件中。

通過直接掃描的形式來測量其外形，分別由站位1測量坐標系下轉(zhuǎn)至站位2測量坐標系下分別進行測量，得到測量外形的點云，然后將掃描獲得點云和MBD三維數(shù)模理論值進行對比，輸入外形公差值，將被測件測量點云在兩個站位共同坐標系下進行評價，測量軟件會自動顯示測量點云的偏差值。測量完畢后，用測量系統(tǒng)軟件對測量結(jié)果進行必要的分析和處理，可用圖形方式顯示，從測量結(jié)果看，外形輪廓度和超差點總數(shù)都在設(shè)計要求范圍內(nèi)，從而完成了對翼下整流罩的測量。

3 結(jié)語

采用激光跟蹤儀對飛機的翼下整流罩的氣動外形進行測量，保證其測量的精度及準確性要求，對降低裝配誤差、提高飛機裝配質(zhì)量都具有重要的意義。

參考文獻

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