激光跟踪仪

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❖ 2环境因素
温度、气压、气流的波动、空气污染将影 响光线的传播，导致测量误差的增大；地板的 稳固程度、振动、设备用电电流的稳定性不但 会造成测量误差的增大，甚至会造成仪器的损 坏。针对以上因素，测量时应控制室内温度恒 定，不要把仪器摆在厂房门口、空调旁边。保 持空气清洁，不要把仪器摆放在地板接缝处或 地基不牢处，避免测量区域附近有振源，配置 稳压器。
❖ 3.批次测量
Байду номын сангаас
❖ 由于站位转换要花费大量的时间, 为了保证在所有的站位都可以测到转站 基点, 有时对基点位置需要进行多次调整, 而对于批产飞机, 由于产量大, 水平测量工作量比较大, 若每次测量都要重新设置基点, 显然不利于提高 测量效率, 因此需要通过设置水平测量位置来解决该问题。即设置一个区 域为全机水平测量专用位置, 并在该位置预埋转站基点, 将飞机的位置、 激光跟踪仪大致位置做好标识, 在下次测量时则无须再次设置基点, 而利 用原基点即可实现多架次、多批次测量, 提高了测量效率。
在空中运动的点, 由此形成球坐标测量系统, 并测得三个位置参量
α、β、γ即可确定目标直角坐标系的位置矢量P = (x， y， z)。
❖ x =OP sinβcosα
❖ y = OP sinβsinα
❖ z = OP cosβ
❖ 其中α，β是有两个角度编码器来读出的，OP是有经整形、放大 后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算公式， 可计算位移量OP
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测量的难点及解决措施
❖ 1.坐标系的建立
❖
飞机具有外形尺寸及重量大、外部结构特殊、部
件之间相互位置关系要求严格等特点。而激光跟踪仪
则要求一个站位内测量点光线直线可达, 不可断光再续,
且中间不能有障碍物, 但在飞机上的水平测量点大部份
是对称分布, 比如机翼、平尾的安装角就需要测量机身
左右的坐标点, 由于中间被机身、起落架或其他挂载挡
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远景
在飞机的装配测量中，激光跟踪仪测量系统以 其高效率、高精度、便携性等优势正逐渐取代传统 测量方法，它代表了目前和未来飞机制造装配技术 发展的方向。深入研究和运用激光跟踪仪测量系统 及其关键技术，根据不同的测量任务和用户需求， 通过制定专用测量方案，并把数字化标准工装11啦 用到飞机的装配测量中，将能突破我国飞机制造／ 装配技术中的薄弱环节，彻底改变我国几十年来沿 袭的飞机装配协调方法，使我国飞机设计制造体系 实现行业的跨越式发展。
住, 因此在一个站位下就不可能测量出所有的坐标点,
而需多个站位、多个坐标系, 所以单台激光跟踪仪必须
通过转站的方法扩大测量范围, 避开障碍物, 以使单站
位下光线直线可达。
❖ 实现测量。转站指的是在相邻的站位之间靠至少几 个 共同基点联系起来, 前一个站位测量几个共同基点,下 一个站位再次测量这几个共同基点, 然后由计算机测量 软件通过拟合计算, 把不同站位信息相互联系, 形成一 个统一的坐标系。
❖ 两个角编码器自动测量靶标相对于跟踪仪的水平方位角和垂直 方位角；靶标与激光跟踪仪之间的距离由激光干涉仪测量。这些 信息经传感器电缆传给激光跟踪仪控制机，跟踪仪控制机整理计 算后，一部分信息经马达电缆反馈回激光跟踪仪，控制伺服马达， 使激光束始终锁定移动中的靶标；另一部分信息经局域网传输给 应用处理机，储存在数据库中。
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激光跟踪仪在飞机型面测量中的应用
飞机在部装和总装过程中需要检测的几何参数 主要包括轴线偏斜度、定位装置的角度偏差、距离、 平行度、垂直度以及部件外形孥日。这些几何参数 的计算是通过对一些几何元素(如点、线、型面等) 的测量得到的。这些几何元素的测量可直接由激光 跟踪仪完成，通过把CAD模型或理论数值和实际测 量值作对比来实现。激光跟踪仪测量系统测量型面 操作步骤分为三部分。第一步是测前准备工作，第 二部分是建立工装坐标系，第三步是在工装坐标系 下测量型面隔。这三部分内容既有联系又各自独立， 三部分工作可以连续进行，也可以分段进行。下面 对每—个操作步骤及操作中要注意的事项作详细的 介绍。
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3 测量型面
1 导入CAD模型数据 把CAD模型数据导入到测量软件图形显示界面，定义各部位的几何公差 和尺寸公差。
2 测量过程 (1)简单、规则曲面的测量 空间曲面是通过空间连续的点反映的，简单、规则曲面的测量可以 使用反射球在被测量物体表面接触均匀划过，通过它的空间运动轨迹来 反映空间曲面。如果测量点越密说明曲面的形位越接近实际曲面，而测 量点的疏密是可以通过测量软件来设定的，例如，设定的参数是2mm， 则在与前—个点的空间距离为2mm处采集第二个点，通过这样的方法就 得到了空间曲面的坐标。根据现场测量经验，在对曲率变化较大的面进 行测量时，应使跟踪头水平、垂直角度变化范围最小。这是因为根据仪 器自身特点，影响测餐准确度最大的因素就在于它的测角，其测量误差 要大于测距误差，这是在测量曲率变化较大的面时应把握的—个原则。
❖ 3 操作人员因素
操作人员手持靶标测量时，靶标的运行速 度和加速度对测量精度将产生影响，速度过快 会使光束折断。搞好培训，提高和增强操作人 员的素质和责任心是减小由操作人员产生测量 误差的有效措施。
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激光跟踪仪安装型架的优点及建议 ❖ 激光跟踪仪应用于飞机工装的安装或测量主要有如
下优点： （1） 采用数字量传递节省很多标工(样板、样件等)。 （2）测量设备轻巧，移动方便，能进行大尺寸，复 杂结构型架的安装测量。 （3）测量精度高，省去了许多中间环节，减少了累 积误差，提高了型架的安装精度且重复精度高，检 修方便。 （4）在调试安装的过程中，零件上的点的坐标值的 差值( 实测值与理论值的差值) 实时显示，操作者能 直观、方便的进行调装且速度快，大幅度缩短工装 的试制周期。
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❖ 2.坐标点的测量
❖
通过站位转换, 能测量到全机所有的坐标点。一般测量方法有:
❖ 1)直接测量法, 直接将靶标放置到待测点位置, 通过多次采样, 由测量系统 通过计算得出结果的均值, 实现被测标点的测量, 比如对于机身侧面的标 点就可以采用这种方式;
❖ 2)间接测量法, 通过测量球面或圆形, 采用球心或圆心拟合方式间接测出 球心或圆心的点的坐标, 比如对于机翼、平尾下部的标点, 由于坐标点在 下部, 有时受激光头高度的限制, 不便直接测量, 可以采取间接测量方式
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1 测前准备工作
(1)考察测量现场； (2)跟踪仪设置； (3)作出测量汁划
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2 建立工装坐标系
确定测量坐标系可采用两种 方式。一种方式采用迭代法建立 坐标系，可在被测表面拾取多个 基准点，然后计算生成坐标系坐 标原点。所选6个基准点建立了 该表面的测量坐标系 6个基准点 分布另一种方式是采用外加基准 板或采用飞机制造基准面方式确 定测量坐标系，在基准板或飞机 制造基准面上选取三个以上基准 点进行测量坐标系建立。如果是 对整个机身测绘，要进行内外表 面全部的多角度多方位测量，则 采用第一种坐标系建立方式；若 要测量的型面仅是飞机的部件， 则采用第二种坐标系建立方式
激光跟踪仪
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激光跟踪仪的优点
传统的飞机全机水平测量一般是采用常规的光学仪器, 即用水平仪和经纬仪对飞机的安装角和对称性进行测量, 但 这种测量方法有测量效率低、人为误差比较大及测量精度比 较差等缺点。随着飞机性能不断提高, 对飞机外形的要求也 越来越高, 因此对全机调平误差提出了更高的要求,有些飞机 调平误差为±0.5 mm 以下, 常规光学仪器已不能满足水平测 量的要求。而全机水平测量是检测最终产品安装精度是否满 足技术要求的必须的检测项目, 目前工厂的型架安装已经完 全采用激光跟踪仪定位安装, 部分重要机加件也全部采用数 字化测量技术。激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高 精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距、光电探测、 精密机械、计算机及控制、现代数值计算理论等各种先进技 术, 可对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维 坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、 操作简便等特点, 适合大尺寸工件装配测量, 因此适用于飞机 类产品空间点位的测量。
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影响因素
❖ 激光跟踪仪通过优化测量方式可以完全实现全机的水 平测量工作, 提高了测量效率、精度及可靠性, 具有操 作简单、人为干扰因素少、多次测量差异性小等特点， 但也有一些影响误差的因素。如：
❖ 1 系统误差 ❖ 激光跟踪仪系统误差(设备误差)主要有两方面：激光干
涉仪测量误差；角编码器测量误差。激光干涉仪分辨 率为0．001 26 mm，角编码器分辨率为0．14”。理论 上，在不超过10 m测量范围内，激光跟踪仪系统误差 不超过0．01 mm。但随着测量距离增大，系统误差也 将增大；第二方面 靶标及附件的制造误差，靶标及附 件的制造误差也是影响系统误差的一个原因。提高附 件制造精度，定期检修靶标及附件是控制上述测量误 差的有效措施。
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激光干涉仪
从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜 分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射 回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射 镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电 转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、 放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子 计算机按计算式式中λ为 激光波长(N 为电脉冲总数)， 算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪 时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都 会引起直流电平变化而影响测量结果 。
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激光跟踪仪测量系统的组成及原理
❖ 激光跟踪仪测量系统的组成及原理
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激光跟踪仪实际上是一台激光干涉测距和自动跟踪测角测距
的全站仪, 跟踪头的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪
的三个轴, 三轴相交的中心是测量坐标系的原点。激光跟踪仪可
以连续的瞄准、跟踪并确定由移动或稳定的反射目标返回激光束
的位置。简单的说, 激光跟踪测量系统可静态或动态地跟踪一个
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(2) 复杂曲面的测量 若要测量的曲面部分激光无法照射过来，或者
被测量的部分深深的隐藏或凹陷在钣金件的下面， 反射球无法完成检测时，可选用7Imobe解决这些问 题，T_-Pmbe测量隐藏的洞或腔可获得极高的精度。 若要检测的型面比较复杂，不便于接触测量，或者 需要扫描部件各个部位用来逆向制造，可选用T_Sc 蛐，它可以快速扫描各种材质或者复杂的表面。操 作人员手持靶标测量时，靶标的移动速度和加速度 对测量精度将产生影响，速度过快会使光束折断， 虽然跟踪仪有断光续接功能，但是它是以牺牲一定 的精度为代价的。同时应尽量避免测量点的振动以 及气流的扰动。
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全机水平测量数据处理及结果验证
在全机水平测量前, 首先要查出全机水 平测量点理论坐标值, 一般以飞机水平基准线、 对称轴线为基准, 以机头位置或对称轴线上其 他位置为起始原点, 建立水平测量点相对于水 平基准线和对称轴线下的理论空间坐标系, 然 后把实际测得标点坐标通过系统计算, 得出实 际测量值与理论值之间的差异,从而得到标点 的偏离情况, 同时, 计算出全机大部件的安装 角、倾斜角等。
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结果处理
❖ 实际测量值形成点云，拟合成曲面，把实现 测量结果与CAD理论数据比较，按照偏差数 据生成色彩表示测量结果。计算测得的几何 元素间的相对位置关系(距离、角度等)，查看 关键部位的特征符合情况(尺寸公差和几何公 差等)。
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4 数字化检测验收
利用激光跟踪仪对工装连续重复测量3次， 对其工装基准进行测量，可验证工装的稳定 性、仪器的测量精度等，保证其测量数据精 度。同时，使用数字技术验证关键定位器， 利用量规对工装进行实际检查等。最后选择 适合自己的报告格式，打印测量报告作为验 收依据。