第二讲 航空制造中的大尺寸测量
飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术研究
飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术研究摘要：本文分析了面向飞机装配的大尺寸测量场的组成要素与构建价值，在此基础上，从装配坐标系的建立、激光跟踪仪转站原理、参数定义、算法几方面入手，着重阐述了激光跟踪仪转站这一大尺寸测量场的构建优化技术。
关键词：飞机装配；大尺寸测量场；激光跟踪仪转站引言：在实际的飞机装配过程中，想要完成飞机部件上所有关键特征量的测量，就必须要确保复数的激光跟踪仪同时运行。
在激光跟踪仪转站技术的支持下，可以完成大尺寸测量场的建立，并保证其覆盖整个飞机装配空间。
依托大尺寸测量场，能够实现飞机部件之间的定位、装配与对接，在落实飞机装配中有着极高的构建与优化价值。
一、飞机装配中大尺寸测量场的构建分析（一）大尺寸测量场的组成要素大尺寸测量场主要包含数字化测量设备、数字化定位设备、飞机部件以及多种装配工装等等，而这些设备与工装均具备其独特的坐标系。
当前，普遍将这些坐标系划分为四种类型，即部件坐标系、装配坐标系、设备坐标系、测量坐标系[1]。
其中，部件坐标系主要指飞机装配部件的位置；装配坐标系主要指存在与整个装配空间内部的基准坐标系；设备坐标系主要指存在于装配现场中的设备、工装位置，包括机床、机器人、定位设备等等；测量坐标系主要指飞机装配时各个激光跟踪仪的坐标系。
对于存在于飞机装配现场内的多个激光跟踪仪而言，其位置可以根据工况与需求的不同进行调整。
此时，若是某一激光跟踪仪的位置发生变化，则测量坐标系相对于装配坐标系更为独立。
实践中，笔者提前在飞机装配现场的地面（装配平台也可以）上设置在增强的系统参考点，以此维护激光跟踪仪测量坐标系与装配坐标系之间的相对关系。
（二）大尺寸测量场的重要作用1.推动飞机装配系统数字化、集成化面向飞机装配的数字化系统中，不同的设备具有独自的坐标系。
此时，若是不设定一个统一的坐标系基准，则会导致各个设备之间的姿态、位置难以有效关联，最终造成不同设备无法协同工作。
而通过建立大尺寸测量场就能够避免上述问题的发生，可以确保所有设备均在装配坐标系内完成定位，构建起不同设备之间的相对运动关系与相对几何关系，最终实现飞机系统的数字化与集成化，并达成协同运行的目标。
精密测量技术 第二章 长度尺寸测量讲解
目前，在实际工作中常使用下述两种实物 基准：量块和线纹尺。首先由稳定激光的基 准波长传递到基准线纹尺和一等量块，然后 再由它们逐次传递到工件，以确保量值准确 一致。
§2－1 长度基准和米定义
二、量块的检定
1、量块的测量面平面度的检定
§2－2 量块的检定
用平晶以技术光波干涉法检定
平面度允许偏差小于0.15微米的，应采用一级平晶；平面度 允许偏差大于等于0.15微米的，可采用二级平晶。因此，对 尺寸≤150mm的2等或0级量块，规定用1级平晶检定，其它 量块可用2级平晶进行检定。
干涉条纹的弯曲度
§2－ 4 轴类零件的测量
2、非接触式测量
D 31.53 1 d
光圈直径 被测直径mm
图2－12
§2－ 5 孔类零件的测量
一、接触法测量孔径
1 、用光学灵敏杠杆测量孔径
D n1 n2 d测头
§2－ 5 孔类零件的测量
2 、用孔径测量仪测量孔径
D d h
§2－ 5 孔类零件的测量
（1）一点接触测量 （2）两点接触测量 用卡尺、千分尺、各种指示量仪等测量轴径都是二点接触。
§2－ 4 轴类零件的测量
D 2R 2 OB OE
图2－9 a
OE R OB R2 C 2
D 2R
1
C R
2 2
1
C2 1 R2
C2 1 2R2
（2）相对测量法
将被测量块与精度等级比它高一等的标准量块，在规定测量 精度的仪器上进行比较，求出被测量块的方法。相对测量最 高能检定2等量块。 多用立式干涉仪
大尺寸测量.
谢谢
激光扫描测量系统
激光扫描测量系统
关于动车车头的测量
对于动车的车头，我们可以根据所需要得到的被测量和实际测量环境 选取不同的测量系统。 例如，需要接触测量的可以选取关节臂测量机，需要非接触测量的可 以选取全站仪等。 在实际测量中基于对精度和成本的考虑，还需要做进一步的产品比对， 选出合适的测量仪器。 欢迎感兴趣的同学下课后一起交流~
关节式坐标测量机
关节臂测量机
关节臂测量机
数字摄影系统是通过在不同的位置和方向获取同 一物体的2幅以上的数字图像，经计算机图像匹 配等处理及相关数学计算后得到待测点精确的三 维坐标。 此类系统与其它类系统一样具有精度高、非接触 测量和便携等特点。此外，还具有其它系统所无 法比拟的优点：测量现场工作量小、快速、高效 和不易受温度变化、振动等外界因素的干跟踪测量系统
采用其它非干涉法测距方式来实现距离的测量，将这类系统称为激 光扫描测量系统。 激光扫描仪的测距原理分为三种：一是脉冲法激光测距，二是激光 相位法测距，三是激光三角法测距。 基于脉冲法测距的激光扫描仪测程较长故其主要应用在土木工程测 量、文物和建筑物的三维测绘等领域。 相位法测距的精度和调制频率有关。 基于激光三角法测距原理的扫描测量系统又称结构光扫描仪以半导 体激光器作光源，使其产生的光束照射被测表面，经表面散射（或 反射）后，用面阵CCD摄像机接收，光点在CCD像平面上的位置将反 映出表面在法线方向上的变化，即点结构光测量原理。
大尺寸测量
1-606
——动车车头测量
可以实现大尺寸测量的方法和系统按照所使用的主要传感 器可以分为以下八大类：
• 三坐标测量机； • 数字摄影三坐标测量系统； • 经纬仪测量系统； • 全站仪测量系统； • 激光跟踪测量系统； • 激光扫描测量系统； • 关节臂测量机； • 室内GPS。
大尺寸精密测量技术及其应用分析
大尺寸精密测量技术及其应用分析摘要：伴随着数字化技术的不断发展，测量技术逐渐从以往的简单测量技术转变为多元化的数字化调查、分析和预测性技术，数字化测量技术是当代地理信息自动化、现代化、实时化的直接表现。
在各类型工程测量当中，大尺度精密测量技术的合理应用不仅可以提升测量工作的整体工作效率，还可以显著控制测量工作的人力资源投入程度，对于降低经济成本和提升人力投入使用价值有着明显的推动作用。
对此，本文详细分析大尺度精密测量技术及其应用。
关键词：大尺度；精密测量技术；应用引言伴随着我国科学技术不断发展，高精度的大型工业也处于快速发展阶段，尤其是在机械制造、船舶制造、航天航空制造等领域当中，其成品的尺寸也在不断的提高，同时复杂性也在不断增加，自动化的生产能力也显得越发重要，这也就需要对各种大型工业产品在制造过程中给予较高的精确度，甚至对于一些要求更为苛刻的产品必须给予动态性的质量检测。
大尺度精密测量技术主要是给予高效率、高精确程度的数字化测量系统为基础，例如激光跟踪仪、室内GPS等，再借助不同的数字化测量系统的测量原理、测量方式以及测量范围等，实现大幅度提升测量精准度以及测量效率的效果。
对此，探讨大尺寸精密测量技术及其应用具备显著意义。
1.大尺度精密测量技术大尺度精密测量技术在工程测量当中的应用的关键性技术相当多，但是无论是怎样的技术，其都是基于数字化测量系统为基础的。
目前，在工业领域当中能够普及使用的大尺度精密测量技术，主要有关节测量臂、三坐标测量机、激光跟踪仪、室内GPS、数字化摄影测量技术以及激光雷达等技术。
在上述的集中大尺度精密测量技术当中，三坐标测量机的测量优势在于精度高、通用性高以及效率高，缺陷在于便携性较弱，测量范围会因为工作台的大小而遭受限制；关节测量臂的测量优势在于便携性较好，自由程度较大，缺陷在于自动化程度较差，测量效率比较低；激光跟踪仪优势在于动态性能较好，测量范围广，便携性较好，缺陷在于单台使用时角度误差比较大，价格较为昂贵；室内GPS的测量优势在于全方位的测量忒单较好，缺陷在于需要多个基站配合使用，经济价格比较高；激光雷达的优势在于测量精度较高，分辨率比较好，但是缺陷在于预热时间比较长，测量的成本比较高；数字化摄影测量工作环境比较低，测量效率比较高，但是缺陷在于误差源比较多。
大尺寸测量检测设计方案
大尺寸测量检测设计方案设计方案案例本方案为某轨道交通行业工艺研究所，大零部件尺寸测量检测，基于接触式测量及精密机械技术。
1.内径测量原理1)量具校准百分表(或者千分表)和加长杆安装好，放在标准件校准，使百分表读数为零。
示意图如下：2）内径测量将百分表和加长杆放在待测工件上，观察百分表读数，该读数就是待测工件尺寸同标准件的差值，由此得出待测尺寸，示意图如下：2. 外径尺寸测量1）量具校准：将百分表和加长杆安装好，放在标准件校准，使百分表读数为零，示意图如下：2）外径尺寸测将百分表和加长杆放在待测工件上，观察百分表读数，该读数就是待测工件尺寸同标准件的差值，待测尺寸由此测得，示意图如下：3. 测量技术原理：大尺寸精密检测是机械行业的难题，我们采用一个经过精密校准的基准尺寸（标准件或量块）同待测尺寸比较。
用百分表和加长杆测量待测尺寸，当待测尺寸同基准值差值为零时，则待测尺寸等于基准值，从而精密地测出了待测尺寸。
如待测尺寸同基准值差值不为零，该差值就是待测尺寸实际偏差。
此方案的优点：1）高精度，例如2000mm的尺寸，可以达到±0.01mm2）可以长时间保持高精度龙霖公司简介龙霖科技有限公司是一家工业产品快速自动化检测、光电检测及图像影像测量解决方案提供商。
公司总成光、机、电、计算机一体化等多种复合测量检测技术，业务范围涉及：自动化检测设备及项目研发，光电检测设备及项目研发，机器视觉系统集成及项目研发，专用三维测量设备开发，自动化及机电一体化设备及项目研发，高精度计量、检测设备及工具设计与制造等等。
应用领域遍及轨道交通、军工、航空航天、重工船舶、汽车制造、机床模具、加工设备等装备制造业。
龙霖科技以强大技术优势引领中国自动化检测设备，测量仪器和专用测量设备的高端市场，研发技术支持来源于资深行业专家及高级工程师、国内的大学和研究所设计院。
我们拥有自己在自动化技术和光电学技术领域整合能力，完善的工业检测解决方案设计能力及快速检测能力。
飞行器制造中的精密测量技术
飞行器制造中的精密测量技术在现代航空航天领域，飞行器的制造是一项极其复杂且高精度的工程。
而精密测量技术在其中扮演着至关重要的角色，它就像是一双“慧眼”，能够精确地捕捉和评估飞行器各个零部件的几何形状、尺寸、位置以及物理特性等关键参数，确保飞行器的性能、安全性和可靠性达到设计要求。
精密测量技术的重要性不言而喻。
在飞行器的设计阶段，需要通过测量获取大量的数据，以验证设计的合理性和可行性。
在制造过程中，对零部件的加工精度进行实时监测和控制，能够及时发现并纠正偏差，避免不合格产品的产生。
在装配环节，精确的测量能够保证各个部件之间的配合精度，从而提高飞行器的整体性能。
而在飞行器的维护和维修中，测量技术则可以帮助检测出零部件的磨损、变形等问题，为维修方案的制定提供依据。
在飞行器制造中，常见的精密测量技术包括坐标测量技术、光学测量技术、激光测量技术以及无损检测技术等。
坐标测量技术是一种应用广泛的测量方法，其中三坐标测量机是最为典型的代表。
三坐标测量机通过测量探头在三个相互垂直的方向上的移动，来获取被测物体表面点的坐标值。
它具有高精度、高稳定性和通用性强等优点，能够测量各种形状复杂的零部件。
然而，三坐标测量机也存在一些局限性，例如测量速度相对较慢，对于大型零部件的测量可能需要较长的时间。
光学测量技术在飞行器制造中也发挥着重要作用。
其中，机器视觉测量技术利用摄像机获取被测物体的图像，通过图像处理和分析算法来提取尺寸、形状等信息。
这种技术具有非接触、测量速度快、自动化程度高等优点，适用于在线检测和批量生产中的快速测量。
另外，干涉测量技术则基于光的干涉原理，能够实现高精度的平面度、粗糙度等测量，在光学元件和精密表面的测量中具有独特的优势。
激光测量技术因其高精度和非接触性的特点，在飞行器制造中得到了越来越多的应用。
激光跟踪仪可以实时跟踪测量反射靶标的位置，从而实现对大型零部件的空间尺寸测量。
激光扫描测量技术则能够快速获取物体表面的三维点云数据，用于构建数字化模型和进行逆向工程。
productpic_现代大尺寸空间测量方法
新视点NEW VIEWPOINT航空制造技术2006年第10期68近十几年来,由于激光、半导体、自动控制、计算机、精密制造及计量技术的迅速发展,在传统的三坐标测量基础上,又发展了其他多种现代大尺寸空间测量方式,各有所长。
目前,在大尺寸空间测量方面,可归纳为5种主要系统:三坐标测量机、手持(便携式测量系统、可变焦数字照相测量系统、激光空间跟踪测量仪和基于GPS 原理的空间测量系统。
三坐标测量机是60年代发展起机械制造是国民经济发展的基础,计量测试则是机械制造发展的先决条件之一。
在大型机械装备的制造及装配过程中,大型工件的几何尺寸和形位误差的测量,是保证整套设备质量的关键因素。
因此,大尺寸空间测量是现代大型机械制造业中亟待解决的关键技术之一,它涉及航空航天、冶金设备、造船工业、汽车制造、港口机械、探矿设备、电站设备、造纸印刷等诸多工业领域来的一种三维空间测量技术,经过几十年的发展,其技术已经相当成熟。
它作为一种高精度、高效率的大型测量仪器,已在制造领域得到广泛应用。
由于三坐标测量机的机械结构是三维正交的,受其结构的限制,不可能使测量范围任意扩大。
根据目前的加工能力、制造成本以及测量精度要求的限制,测量机的测量范围一般小于8000mm ×4000mm ×3000mm,极个别的测量范围可以达到12000mm×6000mm ×5000mm,这种测量机的造价极为昂贵。
为了拓展空间测量范围,就必须发展非正交式的机械结构。
随着制造技术水平的提高,要保证生产过程的质量,就必须考虑成本和效率。
其中,洛克希德・马丁公司为了提高对JSF的检测能力,对零件及配件采用Metronor 公司生产的一种便携式测量系统。
以前在测量大型零件时,都需将工件运到测量机所在的具有严格控温的房间内,测量不仅费时费工,而且效率很低。
而手持式三维测量仪成本仅是坐标测量机的1/4,且不需搬动大型工件。
手持式三维测量仪的工作原理是:用红外线敏感的数码相机观察手持光笔上的发光二极管。
第七节 大尺寸测量
2．用测长机测量 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 按其测量范围来分， 6m， 按其测量范围来分，有1、2、3、4、6m，甚至还 12m的 该仪器的使用主要采用绝对测量法， 有12m的。该仪器的使用主要采用绝对测量法，特 别是大尺寸量具的校准工作， 别是大尺寸量具的校准工作，但也可以采用比较 测量法。 测量法。 绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺 绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺 进行比较. 进行比较. 比较测量则是将被测工件和一个预先用来对 比较测量则是将被测工件和一个预先用来对 准仪器零位的标准件（如量块等）相比较，从仪 准仪器零位的标准件（如量块等）相比较， 器上读取两者之差值。 器上读取两者之差值。
[
]
Ｄ－被测直径的基本尺寸； d－定位圆柱直径；
被测直径对于基本尺寸的偏差值为：
l2 ∆D = −( 2 − 1) ∆H H
ΔＨ－带正负号的测微计读数值。
这类方法测量精度不高。
3．围绕法
图2-43 ，图b所示为金属带尺两端附有角铁，以便 拉紧带尺。 带尺的厚度不用考虑，因为它并未计入带尺长度的 测量结果。
k = ∫ ∆fdt = ∫
0 0 t t
2ν f1dt c
由于：
c = λf1
则：
ν = dL / dt
t
故被测长度为
k=∫
0
2
λ
dL =
2L
λ
L = k
2
λ
三、大尺寸的间接测量 、
1．辅助基面法 图2-40为以机床的床面 为基面，对大尺寸工件的外 径进行测量的示意图。
d D = 2(a + − b) 2( 2
Δl和Δl1互相补偿，因此测量误差ΔＬ为:
大尺寸测量校准技术分析
TECHNOLOGY TREND［摘要］随着科技不断发展，传统量值传递系统已不能满足当今工业生产需求。
本文对于长度达几十米大尺寸结构的校准装置的精度保证进行分析。
首先介绍大尺寸工业测量系统现状，以及相应仪器发展情况，在此基础上对单站激光跟踪仪的校准方法进行具体分析。
［关键词］大尺寸计量；校准技术大尺寸测量校准技术分析张剑宇（广东省计量科学研究院东莞分院，广东东莞523120）“大尺寸计量”一词源于“大尺寸工程计量”。
早在1961年英国的D.w.Berry 就给了有关“大尺寸计量”的描述，他认为大尺寸计量是一种关于几何量的测量，它将大测量技术与工程测量技术结合起来，以解决工程中大型装备的测量问题。
大尺寸计量已经演变成一种精密的工程测量，使用激光跟踪仪测量点到点距离的不确定度为2μm ~70μm ，采用多边激光测量技术在工业环境下测量不确定度可以达到1х10-6，测量要素也从单一的角度、长度测量扩展到坐标测量和形状测量。
大尺寸计量技术的发展使得原有的量传体系己经不能满足要求，首先测量范围不够大，原有的1m~2m 。
的标准器具无法在连续几十米的范围内将标准距离复现；其次测量精度有限，能够实现高精度长距离的标准装置很少，一般都在（3~5）10-6左右；另外传递的标准要素单一，基本上都是角度或长度，很少能够实现坐标传递。
因此有关大尺寸校准技术的研究也就成了计量领域的热点问题。
1工业大尺寸测量系统发展随着科学技术的不断发展，工业生产的不断变革，使得工业测量的内容和手段也发生了很大的变化。
尤其是进入九十年代以来，工业发达国家对大尺寸测量的需求越来越多，特别是在汽车、船舶、航空、航天、核工业、能源及水力电力工业中，大型部件的测量比比皆是。
除了传统的光学测量仪器以外，大型三坐标测量机对那些方便移动的工件来说，是最有效的测量工具，然而固定式三坐标测量系统最大的问题是测量空间有限、测量方式被动。
上个世纪80年代初，面向现场的便携式坐标测量系统不断出现，解决了各种工业现场测量的难题。
大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及关键技术
大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及关键技术摘要：本文主要探讨了大尺寸测量技术在航空制造业中的应用及相关关键技术。
首先介绍了航空制造业对大尺寸测量的需求和挑战，包括飞机结构的复杂性和多样性，以及精度要求的高度。
接着介绍了常用的大尺寸测量技术，如三维激光扫描、光学测量和接触测量等，以及它们的优缺点。
随后，详细讨论了大尺寸测量中的几个关键技术，包括坐标系建立与转换、数据配准与融合，以及误差修正与补偿等。
最后，总结了大尺寸测量技术在航空制造业中的应用效果，并展望了未来的发展方向。
关键词：大尺寸测量技术；航空制造业；应用；关键技术引言：航空制造业作为高精度和高可靠性要求的行业，对于大尺寸测量技术的需求越来越迫切。
在飞机结构的设计、制造和维护过程中，对复杂结构件的精确测量是确保其性能和安全性的关键。
然而，由于飞机结构的复杂性和多样性，传统的测量方法已无法满足精度和效率的要求。
因此，大尺寸测量技术应运而生，并迅速应用于航空制造行业中。
本文将重点介绍大尺寸测量技术在航空制造业中的应用，并探讨其中的关键技术，旨在为航空制造业提供更准确、高效的测量解决方案，推动行业的发展和创新。
1航空制造业对大尺寸测量特殊的需求和面临的挑战1.1 复杂结构件测量需求航空器的结构件通常具有复杂的几何形状和大尺寸尺寸，如机翼、机身等。
这些结构件的精确测量对于确保航空器性能和安全至关重要。
例如，机翼的形状必须符合设计要求，以保证飞行稳定性和气动特性。
因此，航空制造业需要大尺寸测量技术来获取精确的结构件几何信息。
1.2 高精度要求航空器的制造和装配对精度要求非常高。
由于航空器在飞行中会受到不同的载荷和温度变化的影响，结构件的尺寸和位置需要在非常严格的公差范围内控制。
因此，大尺寸测量技术需要具备高精度和可靠性，以满足航空制造业对精密尺寸测量的需求。
1.3 多样性和变化性航空器的结构件通常具有多样性和变化性，不同型号的飞机可能有不同的结构和尺寸要求。
航空航天工程中的航空器制造与测试
航空航天工程中的航空器制造与测试航空航天工程是一门综合性的学科，涉及到航空器的设计、制造和测试等多个方面。
在这个领域中，航空器的制造和测试是至关重要的环节。
本文将从航空器制造和测试的角度探讨航空航天工程中的相关问题。
一、航空器制造航空器的制造是航空航天工程中的核心环节之一。
航空器制造的过程通常包括设计、制造和装配三个阶段。
首先，设计人员根据航空器的用途和性能要求，进行飞行器的结构设计和部件选择。
然后，制造工程师根据设计人员的要求和工艺规范，选择适当的材料和制造工艺，进行航空器的制造。
最后，装配工程师将各个部件组装在一起，形成完整的航空器。
航空器制造中的关键问题之一是质量控制。
由于航空器的用途特殊，对质量的要求非常高。
制造过程中需要进行严格的质量控制，包括材料的选择和检测、工艺的控制和零部件的测试等。
只有保证航空器的质量，才能确保其安全性和可靠性。
二、航空器测试航空器测试是在航空器制造完成后进行的一项重要工作。
航空器测试的目的是验证航空器的设计和制造是否符合要求，以及检测航空器的性能和可靠性。
航空器测试通常可以分为地面测试和飞行测试两个阶段。
地面测试主要是对航空器的各个系统和模块进行功能测试和性能验证。
通过地面测试，可以发现并解决可能存在的问题，确保航空器在飞行前达到良好的工作状态。
飞行测试是对航空器进行实际飞行的测试。
通过飞行测试，可以验证航空器的飞行性能和操纵性，并检测航空器在不同飞行条件下的工作状态。
飞行测试还可以对航空器的各个系统和部件进行验证。
航空器测试中的关键问题之一是安全保障。
在航空器测试过程中，需要采取一系列的安全措施，确保测试过程的安全性。
同时，还需要确保测试环境的真实性和可靠性，以便获得准确的测试结果。
结语航空航天工程中的航空器制造和测试是保障航空器性能和安全的重要环节。
通过合理的制造和严格的测试，可以保证航空器在使用过程中具有良好的性能和可靠性。
航空器制造和测试的发展也推动了航空航天工程的发展，为人类探索空天提供了坚实的支撑。
大尺寸空间测量方法的实施及应用
兰： 位 姜 鼍 、
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备 ， 短 了停 工期 ， 可对 生产线 的工装 、 缩 并 夹具 和检 具进 行精 密 的现 场检测 ］ 。
１ ２ 激 光 雷 达 ．
仪 。另 外 ， 该测 量 系统 可允许 多 名技术 人员 手持 传 感 器 独立 而并 行 地进 行 测 量 。美 国 Ａｒ ｅｏ ｄ公 ｃＳ ｃ ｎ 司生产 的 ｉ Ｓ， 测 量 频率 达 到 了 ２ ， 量 空 ＧＰ 其 ＯＨｚ 测 间范 围从 几 米 到 几 百 米 ， 果 采 用 ４个 以上 的基 如
ｏ ａ ｇ ａ ｔ ｏｎ ｉ ａｌ ｈ ｈ ｉｅｏ ａ ｕ ｅ ｎ ｔ ｏ ｓａ ｄ ｅ ｕ ｐ ｎ ｓ ｄ ｒｎ ｌｎ ａ ｇ ａ ｔ ｆｌｒ ｅ ｐ ｒｓｊｉ ．Ｆ ｎ ｌ ｔ ｅ ｃ ｏｃ ｆｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｎ ｑ ｉｍｅ ｔ ｕ ｉｇ ｐａ ｅｌｒ ｅ ｐ ｒ ｙ ｊ ｉ ｒ ｃ ｓ ｓｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ａ ｄ ｓ ｍｅｒ ｓ ｌ ｔ ｎ ｒ ｅ ｏ ｏ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓｉ ｉｃ ｓ ｅ ｎ ｏ ｅ ｏｕ ｉ ｓａ ｅｒ ｃ ｍｍｅ ｄ ｄ ｆ ｒｐ ａ ｉａ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｏ ｎ ｅ ｏ ｒ ｔｃ ｌａ ｐ ｉ ｔ ． ｃ ｏ
通 讯 作 者 ： 莉 ， ， 程 师 ，９ ４ 生 ， — ｉ ｗａ ｇｉ＠ ｃｍａ．ａ 王 女 工 １８ 年 Ｅ ｍａ ： ｎ ｌ ｌ ２ ｏ ｃｃ 。
增 刊
王
莉 ， ： 尺 寸 空 间测 量 方 法 的 实 施 及 应 用 等 大
４ ９
从 １９ ９ １年 Ｌ ｉ ｅｃ ａ公 司推 出世 界 上 第 一 台激 光
司 自２ 世 纪９ ０ Ｏ年 代麦 道飞 机组装 就 开始 了激光 跟 踪 仪 的应 用 研 究 ， 并取 得 了一 系列 的 应用 成 果 ， 但 还 尚未形成 一套 完整 的体 系 。 文就 数字化 测量 方 本 法在翼 身对 接过 程 中的应 用进 行 了探 讨 和分析 。
大尺寸测量技术的研究_基于飞机形面测量的研究的意义_徐凤
152推 介Design一、大尺寸测量的国内外研究现状航空航天工业的主要产品——航空、航天飞行器（如飞机、导弹、卫星、火箭等）的正常运行需要配备整套精确、可靠的推进、控制、导引等系统,这就使飞行器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。
飞行器的装配通常是在各部件分别部装完成后再进行总体装配, 在装配的整个过程中都需要进行严格的测试,以检查几何外形的准确性、实际轴线与理论轴线的同轴性、部件的安装角等指标是否满足总体设计要求。
目前,光学三维坐标测量技术在航空航天制造业的装配测量中占有重要地位。
三坐标测量机、摄影测量系统和激光跟踪仪是目前应用较多的三种光学三维坐标测量设备。
（一）国外发展现状国外在三坐标测量机方面的发展已经非常成熟，比如美国的Brow&Sharpe公司生产的PMM－C700气浮导轨式三坐标测量机精度最高的可以达到1μm，光学式坐标测量机产品中Tolor lobscn公司推出的Primus精度最高的可以达到0.91μm。
光学照相非接触测量仪精度比较高，德国GOM公司在这方面目前处于领先地位，其最新产品ATOS Ⅱ可以达到0.1-1mm，而且速度达到1，300，000点/s。
接触式测头测量精度较高，一般适应于规则几何形状的实物扫描，需要测量反映零件特征的少量数据点即可，但是存在工作效率低和须对测头半径进行补偿等缺点。
对被测物体表面的材质具有选择性，材质硬度较低，摩擦系数小的物体表面测量精度大大降低，而且有的根本就不能完成测量任务。
（二）国内发展状况对三维数据获取设备国内学者作了大量的研究，大连理工大学研制的“曲面自动跟踪测量和密集数据采集系统DIGIT02C”，在数控仿形机床上通过仿形头，实现实物外形跟踪测量和仿形加工。
该系统有三个特点：1.三维电感测头自动跟踪测量实物表面;2.密集数据采集和存储：3.数控仿形加工或利用密集数据编制数控加工指令，供其它数控机床使用。
飞机装配过程中尺寸测量及误差分析
飞机装配过程中尺寸测量及误差分析（中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司辽宁沈阳110850）摘要：飞机装配是一个非常重要的环节，它所涉及的学科也非常多，对于飞机装配夹具设计要符合统计学、机械学，而装配后对装配质量的控制，需要特别研究，由于飞机的结构复杂，尺寸大，对于飞机装配后尺寸的测量需要大尺寸测量技术，同时对误差的分析需要大尺寸误差分析原理，如果排除飞机尺寸误差之后，需要对飞机结构误差进行分析，建立大型结构将误差模型，通过飞机工装夹具、飞机各部件的检测，保证飞机产品的质量关键词：大尺寸测量技术、大尺寸�`差分析、飞机结构误差分析1 大尺寸测量技术飞机整体尺寸过大，所以对于飞机尺寸测量时，需要特殊的设备就行测量，现在一般的测量方法是经纬仪和激光仪（图1.1），激光测量飞机尺寸的原理是通过单台激光仪放在不同的位置，对飞机结构件整体覆盖测量飞机大尺寸测量可以通过单站距离、角度法和多站纯距离法，激光仪测量技术的精度非常高，精度可以达到10-7um/m，同时测量距离也长2大尺寸误差分析大尺寸误差分析通过蒙特卡洛法和笛卡尔坐标系进行分析，通过激光仪极坐标测量原理进行测量，如图2.1.通过上图的测量原理可以任意测量目标点P对应的坐标值为：在通过蒙特卡洛法进行计算，蒙特卡洛法的模拟流程图如图2.2.根据每个输入参数进行误差分析，利用计算机自动生成数样本空间，然后建立数学模型，最后进行抽样统计，最终求得测量坐标在笛卡尔坐标的确定度，来判断测量精度3飞机结构误差分析飞机精度是设计中关键环节，需要综合分析飞机结构，从飞机根本上解决结构误差，通过误差建模的方法，已知各零件公差的设计要求，根据飞机装配条件，建立分析模型，例如在对飞机前机头结构分析上，通过飞机装配夹具和装配方法进行分解，如图3.1.建立坐标系，分别建立底座、前支撑局部和基准面坐标系，建立误差模型，通过矩阵法，对飞机装配的固定、位姿进行分析，确定飞机各部件的尺寸参数和偏差，最后对飞机装配进行调整结束语航空航天事业是一个重要的高新技术产业，他对一个国家的经济、军事等都有着非常重要的战略意义，他也是衡量一个国家的重要指标，而精度问题也是制造业非常核心的问题，飞机的制造精度也是要求越来越高，对于飞机大型零件精度已经需要达到IT7以上，所以飞机的制造需要大量的设计去支撑，而要是保证飞机整体装配的质量就需要合理分析飞机各部件的误差，利用现代计算机技术和先进统计分析，最终提高飞机装配质量参考文献[1]张福民、曲兴华、戴建芳等.一种现场大尺寸测量精度的评价方法.光学学报[J].2008.[2]周玲华.余德忠.徐向�.薄板件多工位刚性装配尺寸误差建模与仿真[J].中国计量学院学报.2015.[3]张春富.张军.唐文彦.一种基于模式搜索的大尺寸测量移站坐标转换方法.[J].航空计测技术.2003.[4]张曦.陈五一.激光跟踪仪测量曲面的测量不确定度研究[J].计量学报.2006.。
大尺寸测量
二、大尺寸的直接测量法
1．用通用量具测量
常用的大型通用量具：
大卡尺，大千分尺，
数显高度规，内径千分
尺，内径百（千）分表；
常用的大型通用量具
内径千分尺
内径百分（千分）表
大型量具的校准 测量误差分析
A.主要误差来源:温度、受力变形和量具
的检定误差；
B.其他测量误差:示值、读数瞄准、接触
图2-41为测量安装在机 床上的大尺寸工件内径的示 意图。
D 2l d
2．弦高法
图2-42所示的专用量具适用于从1000到10000mm的内外径测量。 量块尺寸按下式计算： 测外径时： 测内径时：
H 1 ( D d ) ( D d ) 2 4l 2 2
H
1 ( D d ) ( D d ) 2 4l 2 2
（2）双频激光干涉测长
双频激光干涉仪以交变信号为参考信号，可避免零点漂移，有较强的抗 干扰能力，可在现场使用。测量长度可达60m左右。双频激光干涉仪的最小分 辨率为0.08，最大位移速度为300m/s，其测量精度可达到L（L为被测长度）。 图2-39为双频激光干涉仪的光学系统。在时间t内与被测长度对应的多 普勒频差为：
误差和量具的对零误差等
C.与中等尺寸的测量相反，大尺寸中的外
尺寸比内尺寸的测量精度为低。
2．用测长机测量 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器。 按其测量范围来分，有1、2、3、4、6m，甚至还 有12m的。该仪器的使用主要采用绝对测量法，特 别是大尺寸量具的校准工作，但也可以采用比较 测量法。 绝对测量是将被测工件与仪器本身的刻度尺 进行比较.
本节主要内容
尺寸测量的特点及主要误差因素； 大尺寸直接、间接测量各种方法的原理及 使用场合；
大型设备尺寸检查内容
大型设备尺寸检查内容一、大型设备尺寸检查内容大型设备的尺寸检查可是个很重要的事儿呢！就像是给这些大家伙做个体检一样。
（一）检查设备的整体长度这就像是看一个巨人有多高一样。
我们得用合适的测量工具，比如长卷尺或者激光测距仪。
从设备的一端到另一端，要测准了。
而且不能只测一次，要多测几个点，因为设备可能在不同的部位有细微的长度差异。
就好比人的两条腿可能长度不是完全一样的，设备也可能有这样的情况。
如果发现长度有偏差，那就要看看是不是生产的时候就有问题，或者是在运输、安装过程中受到了挤压之类的。
（二）设备的宽度测量宽度也很关键哦。
测量宽度的时候，同样要选取多个测量点。
对于那些形状不规则的大型设备，可能有些部位宽，有些部位窄。
我们得把这些宽窄不同的地方都测量到。
而且要考虑设备的功能，比如说有些设备如果宽度不符合要求，可能在后续的安装或者使用中就会遇到麻烦。
比如要安装在一个特定的空间里，如果宽度超了，那就塞不进去啦。
（三）设备的高度检查这个高度啊，就像是看一座高楼大厦有多高一样。
对于大型设备，高度可能会影响到它的稳定性。
测量高度的时候，要注意从设备的底部到顶部最顶端的距离。
有些设备可能顶部有一些凸起或者附属结构，这些都要包含在高度的测量范围内。
如果高度不对，可能会影响到它的重心，导致设备容易倾倒或者在运行过程中出现问题。
（四）设备各个部件的尺寸检查大型设备是由很多部件组成的。
每个部件的尺寸也必须准确。
比如说一个大型机械臂，它的每个关节的尺寸，包括直径、长度等都要是精确的。
如果部件尺寸不对，可能就无法正确组装，或者在运行的时候会产生卡顿或者磨损加剧的情况。
要一个部件一个部件地仔细测量，记录下每个部件的尺寸数据，并且和设计图纸进行对比。
（五）特殊部位的尺寸检查有些大型设备有特殊的部位，比如有一些狭小的通道或者精密的接口。
这些部位的尺寸更是要精确到毫厘。
狭小通道如果尺寸不够，可能会影响到内部的维修或者检测工作。
精密接口如果尺寸不对，可能就无法与其他设备或者部件连接，就像钥匙和锁不配一样。
大比例尺数字航空摄影测量测图与成果生产规范讲义共56页
大比例尺数字航空摄影测量测图与成
果生产规范讲义
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢你的阅读
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术
飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术摘要：飞机数字化装配系统需要极高的装配精度，且装配质量决定了飞机的整体质量。
这需要建立大尺寸测量场来综合所有测量数据。
本文从飞机装配中大尺寸测量技术的建立入手，深入分析了大尺寸测量场的相关配置与优化技术，为相关领域提供理论依据和技术指导。
关键词：飞机装配；大尺寸测量场；配置分析；激光跟踪仪引言：飞机装配技术直接标志着我国的航空制造业的整体水平，也是我国经济建设和保卫国家安全的战略产业，体现了我国综合国力。
国外先进的飞机装配技术对我国进行了严格的技术封锁，这便需要我国坚持自主创新，不断对相关技术进行完善，才能真正提高我国航空制造技术的整体水平。
一、飞机装配中大尺寸测量场的特点现代大型飞机整体尺寸较大且外形极其复杂，对于飞机装配精度要求较高，这要求工作人员具有较高的装配技术，实现装配过程的高精度化。
因此，任何飞机装配技术均要以飞机装配的需求为核心内容，符合飞机大尺寸空间的精确测量要求，这需要将多种先进的测量系统进行融合成为组合式大尺寸测量系统。
组合式测量系统大多以若干个距离较远的测量设备进行全局构建，并且控制和设计全部空间的精度测量，根据测量出的空间特征完成各种各样的空间测量。
二、飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化（一）大尺寸测量场建立的组成要素1.飞机装配坐标系飞机装配中大尺寸测量场建立的重点工作为装配坐标系，即全局坐标系，其他所有设备坐标系均是在这个基础坐标系的基础之上统一表示，包括设备坐标系和部件坐标系等。
激光跟踪仪需根据ERS点构建测量坐标系到装配坐标系之间的关系，将全部测量结果直接在装配坐标系的基础上直接输出。
在全局坐标系下，构建全部数字化定位设备之间的位置关联，可以完成各种设备之间的相互协作，也能够满足全部飞机部件在装配坐标系下位置定位和位姿定位，实现飞机部件之间的高精度对接。
在大尺寸测量场中，飞机装配坐标系需要与设计坐标系达到重合或者明确二者之间的相对关系，激光跟踪仪通过和CAD数据进行比较，才能够达到飞机的高精度装配要求。
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Minimize
∑ε 2 in n
r pik
=
f
(mr ki , µrk )
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(l,θ
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1
r p
∗
εθ
εl
3 1
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Instrument Transform Computation:
Bx
T World k
=
0
R(γ , β ,α) 0
2014/4/9
第二讲 航空制造中的大尺寸测量技术
刘志刚
预备知识一：坐标变换
假设全局坐标系为{W}和传感器坐标系为{S}，传感器坐标系 相对于全局坐标系的关系由旋转矩阵R和平移矩阵T来确定
Pi=RQi+T
式中Pi是全局坐标系下的空间点的坐标值，Qi是传感器坐 标系同一组空间点的测量坐标值。
对于空间共同一组空间点，在两个坐标系下具有相 同的质心。分离平移适量T，先求解旋转矩阵R。两组数 据Pi和Qi的质心坐标
多种组合式测量装置
1.测头位置M位 于两特征点所在 的直线上。
2.而且一旦其中 一个特征点坐标 由于遮挡测不到， 将无法测量
1.只要距离值d特 征点的位置可以 随意给定。
2.而且一旦其中 一个特征点坐标 由于遮挡测不到， 将无法测量
三个以上特征点的冗余性结构设计
三测量点组合
7
2014/4/9
n手持测头冗余性结构设计
• Measure the points from the third instrument location.
多站式激光跟踪仪三维测量网络布局
• Measure the points from the fourth instrument location.
天津空客飞机总装厂的建设
Solve for Instrument Transformations
研制了多种具有特殊几何形状的光电传 感器，实现空间角度—时间的转换
差分式光电位置传感器 便携式三坐标测头
3600全向接收传感器 单片机多路控制器
n关键技术—发射机网络激光扫描信号识别技术
a. 发射机特征频率识别 在空间测量网络中，发射机之间各自旋转频率不同，即每台发射机都
有其特征频率，因此可通过发射机特征时间的频率匹配技术，识别其特征 频率从而对识别发射机。 b. 特征信号识别
• 3点以上特征点的冗余性结构设计
– 利用距离公式组成超定方程组
( (
x x
− −
x1 ) 2 x2 )2
+ +
(y (y
− −
y1 ) 2 y2 )2
M
+ (z − z1 )2 = d12
+
(z
−
z2 )2
=
d
2 2
(x
−
xn )2
+
(y
−
yn )2
+
(z
−
zn )2
=
d
2 n
位姿测量时，将若干个光电传感器固定在被测目标表面，测量每个光电传 感器其坐标值，从而计算出被测目标的位姿信息。
基于iGPS的组合型测头的测量原理
• 组合型测头必要性
– 平面型传感器，测量的是圆形点坐标，零件表面尺寸无法测量
• 组合型测量思想
– 利用多个传感器之间的相互约束关系进行组合测量
两测量点组合
X坐标精密度
0.06
0.04
0.02 0 1 101 201 301 401 501 601 701 801 测量点/N
Z坐标精密度
0.05 0.04 0.03
0.02 0.01
0
1
101 201 301 401 501 601 701 801 测量点/N
系统合成定位精密 度/ mm
系统定位精密度/mm
di (i = 1, 2,K, n)
为各测量点其到测头的距离， 通过标定求得
(xi , yi , zi )
组合式大尺寸测量
• Many instrument types and models in use.
• Each manufacturer has individual, incompatible, software applications.
• Users need to apply several devices to a single measurement task.
• 通过增加发射机网络规模，扩大测量范围。发射机网络一经标定就可以重复使用， 无需重新标定。
• 移动空间定位系统可构建出：便携式大尺寸坐标测量系统、汽车、飞机等行业大 型构件装配的位姿实时在线测量系统、自动化生产线中工业机器人末端姿态测量 系统、自动导航小车AGV或自主机器人导航系统、人体运动轨迹跟踪系统等等。
测量设备
Theodolites & Total Stations
Portable CMMs
Digital Photogrammetry Laser Trackers
Digital Levels
Laser Scanners
激光跟踪仪（Laser Tracker）
激光跟踪仪测量原理
激光跟踪仪在航空制造中的应用
• Operators need to retrain on each software package.
Need: General Software
Common User Interface Unify Metrology Processes
Combined Results
Software A
Software B
Y坐标精密度
0.04 0.03 0.02 0.01
0 1
101 201 301 401 501 601 701 801 测量点/N
合成测量精密度
0.06
0.04
0.02 0 1 101 201 301 401 501 601 701 801 测量点/N
长度误差 /mm 长度误 差/mm
n现场标定算法实验验证
X向标定误差
Y向标定误差
标准差/mm
X向误差 0.0116
Y向误差 0.0212
Z向标定误差
Z向误差 0.0172
合成误差 0.0296
系统定位精密度/mm
单点测量精密度(连续测量同一空间点，求标准差)
标准差/mm
X向精/σx 0.014
Y向精度/σy 0.008
Z向精密/σz 0.013
合成精密度 0.021
5
2014/4/9
n 局域空间定位系统构成
传
感 器
碳 纤
维
杆
测量系统主要构成
l 发射机网络：每台发射机发射两个 扇形光平面和一个回转基准脉冲。发 射机绕转轴高速旋转，使两个扇形光 平面对整个测量空间进行扫描。
l 发射网络基准时间的无线传输
l 光电传感器与数据采集计算
l 发射器内外参数标定装置
n 关键技术-光电传感器技术
光电传感器
光电传感器
用于内参数标定的标定台
用于外参数标定的标定杆
6
2014/4/9
n 局域空间定位试验测量系统的研制
第一代局域空间定位系统
第三代局域空间定位系统
第二代局域空间定位系统
研制的发射机网络测量定位系统，实现了 空间三维定位与物体空间位姿测量。
n 测量系统精度验证
p测量距离：5m p测量点数：30 p测量范围：600mm×380mm
设各传感器之间互不相关,以变量的伪随机抽样获得服从三个传感器
单元概率分布的随机数，注入到测量真值中，再根据测量模型产生可能
的结果分布ξ。 循环上述步骤m次，得到m个样本（ξ1,ξ2,,…,ξm），对样本进行统计
就得到不确定度参数（Ux,Uy,Uz)T.
2
2014/4/9
多站式激光跟踪仪三维测量网络布局
将分离出来的发射机特征频率数据以参考信号作为基准，对相应的发 射机激光平面进行空间角度匹配，实现将激光平面的特征时间分离出来。
不同类型发射机混频信号分离
n关键技术—特征角度计算
A. 时域光电信号峰值精密提取方法 首先降低信号采用频率、粗测峰
值位置，然后通过曲线拟合方式精 确提取峰值时间方法。
传感器光电信号的零相位滤波
C飞AD机环装境配下中装的配大、尺测寸量测的量实时可视化
装配中各部件外形靠型架保 证，对接好的全机各部件相 对位置，特别是影响飞机气 动特性的参数（如机翼安装 角、后掠角、上反角等）和 飞机的对称性，要通过激光 跟踪仪测量来检测。
在各部件上都有一些打上标记 的特征点，在整架飞机对接好后， 用激光跟踪仪测出它们的相对位置， 经过换算即可得到实际参数值。
0.28 0.42
现场标定标定杆长度误差
11
21
31
41
51
61
测量次数/N
系统定位精密度/mm
n 局域空间系统的主要特点
• 在测量区域内，定位与坐标测量任务不受限制，能够实现多目标实时在线并行测 量；
• 现场测量区域不受限制，可以根据测量现场具体特点，确定发射机的数量与分布， 通过现场标定技术，快速构件现场空间定位与坐标测量系统；
标准差 /mm 扩展不确定度
U95 /mm U99 /mm
捆绑表定标杆长度误差 0.123
0.246 0.369
0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05
0 1
捆绑标定标定杆长度误差
11 21 31 41 51 61 71 测量次数/N