基于激光跟蹤儀的飛機發(fā)動機艙罩后段上蓋組件測量應(yīng)用

王軍杰　方憶湘　靳江艷　劉平

（河北科技大學(xué)機械工程學(xué)院，河北　石家莊　050018）

基于激光跟蹤儀的飛機發(fā)動機艙罩后段上蓋組件測量應(yīng)用

王軍杰方憶湘靳江艷劉平

（河北科技大學(xué)機械工程學(xué)院，河北石家莊050018）

飛機制造過程中，零組件、部件的外形精度和質(zhì)量直接影響飛機氣動性的精度質(zhì)量。以某型號通用飛機的發(fā)動機罩艙后段上蓋組件為典型研究對象，應(yīng)用激光跟蹤測量技術(shù)，針對其外形進行測量，對測量過程中涉及的測量方法和激光跟蹤儀站位設(shè)置等關(guān)鍵問題進行了研究和探討。最終完成飛機的發(fā)動機罩艙后段上蓋組件的測量

激光跟蹤儀；發(fā)動機艙罩；組件；測量

通用航空飛機通常采用由零件、組合件、板件、段件（部件的可分段裝配組件）到部件并經(jīng)部件對接形成整個飛機產(chǎn)品的制造與裝配的方法［1］。零組件、部件外形的精度控制，對保證飛機產(chǎn)品裝配協(xié)調(diào)及其幾何外形非常重要。近年來，隨著飛機產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展，尤其是基于模型的定義技術(shù)（MBD）在各類飛機產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用，傳統(tǒng)的零組件、部件外形測量方法已難于適應(yīng)現(xiàn)代飛機制造的要求。而以激光跟蹤儀為代表的數(shù)字化測量設(shè)備，在零組件、部件外形測量中發(fā)揮了愈來愈重要的作用。

1　激光跟蹤測量技術(shù)

激光跟蹤儀為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［2］，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。目前使用的LeicaAT901-LR激光跟蹤儀的測量范圍已達160m，測量精度達到15μm+6μm/m。激光跟蹤儀測量原理如圖1所示，即通過測量一個長度和兩個角度（一個方位角、一個高度角）來確定被測點的三維坐標：設(shè)跟蹤器的旋轉(zhuǎn)中心和被測靶鏡的中心分別為O點和P點。兩個角度編碼器可分別測量出P點的水平方位角α和垂直方位角β，激光干涉儀可測得O點到P點的距離D，那么P點坐標（X，Y，Z）可由下列公式計算得出：

圖1　激光跟蹤儀測量原理

2　基于激光跟蹤儀的典型零組件外形測量

某發(fā)動機艙罩后段上蓋組件如圖2所示，根據(jù)設(shè)計要求對其外形進行測量并進行分析。

2.1測量任務(wù)分析

測量任務(wù)分析主要包括該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件采用的測量方式，測量對象和對應(yīng)測量對象處的公差要求，然后設(shè)置相應(yīng)激光跟蹤儀的站位，完成該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件的測量。

2.1.1測量方式

該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件外形由于其剛度不夠，在型架上組裝完后會產(chǎn)生一定的變形，因此測量方式主要采用架下測量，即在組裝完成后先在架上測量合格后，然后取下并在型架下再進行檢測。架下測量采用粗定位和精確定位兩步完成測量坐標系到裝配坐標系的轉(zhuǎn)化。

2.1.2測量對象及公差要求

該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件的測量對象是其整個外形，公差要求是整個外形的公差要求是1.5mm，且超出誤差范圍內(nèi)的點不得超過總數(shù)的8%，最大超出點的誤差不大超過要求的120%，即最大超差點的誤差應(yīng)在±1.8mm內(nèi)。

2.1.3站位設(shè)置

Leica AT901 LR激光跟蹤儀的測量范圍已達160m，測量精度達到15μm+6μm/m。同時考慮到激光跟蹤儀布站原則，激光跟蹤儀設(shè)置在該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件的中間，距離為2.5mm左右處。

2.2測量方案實施

2.2.1粗定位

將該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件stp格式的CAD模型導(dǎo)入到計算機測量軟件中。此CAD模型包含零組件及部件的MBD數(shù)字化定義模型。在此CAD模型上選取六個特征點如圖2所示，此六個特征點應(yīng)盡量包括該曲面的所有特征，且要限制住此型面的六個自由度。然后在設(shè)置好的激光跟蹤儀站位下，測量此六個特征點，通過最小二乘法完成該發(fā)動機艙罩后段的初步對齊。

2.2.2精定位

六點粗定位后，該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件在激光跟蹤儀下的測量坐標系已經(jīng)初步轉(zhuǎn)化到裝配坐標系下，結(jié)合該組件的自身特點，對其關(guān)鍵測量點進行測量。因組件一般較小，考慮測量效率和測量準確度，一般直接通過掃描其外形，測量出外形的OTP點如圖所示，然后將掃描測量出來的OTP點云和數(shù)模CAD模型通過最小二乘法進行迭代擬合，最終完成該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件的精確定位，完成基準的統(tǒng)一。同時最佳擬合完成后，將掃描測量出來的OTP點的偏差值顯示出來。

圖2　某發(fā)動機艙罩后段上蓋組件

2.3測量報告與分析

測量報告如圖3所示，可見有8個測量點超差。原則上每個OTP點的超差值不得超過其公差的20%，并且超差總數(shù)少于8%的屬于合格產(chǎn)品。而此組件外形只有一個點的誤差為-2mm，超出公差要求的±1.5mm的20%，對此點進行分析由于其外形周圍只有此點超差，可判定是測量因素造成的。最終通過測量分析該發(fā)動機艙罩后段上蓋組件外形合格。

圖3　測量報告

3　結(jié)語

本文應(yīng)用激光跟蹤測量技術(shù)，以某型號通用飛機的發(fā)動機艙罩后段上蓋組件為典型研究對象，研究了組件外形測量中的主要技術(shù)問題，實現(xiàn)了組件外形的測量。通過分析該組件外形的測量方式、跟蹤儀站位設(shè)置等問題，給出了測量方案，實現(xiàn)了組件外形的測量。實際應(yīng)用表明，采用上述技術(shù)和方法能夠精確、高效的完成組件外形測量。后續(xù)研究將進一步深化數(shù)字化測量技術(shù)在工程實際中的應(yīng)用，減少測量誤差，提高裝配效率和裝配質(zhì)量。

［1］ 胡問鳴.通用飛機.第1版.北京:航空工業(yè)出版社，2008: 3-8

［2］ 王彥喜，閔俊，劉剛.激光跟蹤儀在飛機型架裝配中的應(yīng)用［J］.航空制造技術(shù)，2010（19）:92-97.

V262.4；V260.5

A

1003-5168（2015）11-035-02

王軍杰（1988-）男，漢族，河北邢臺人，現(xiàn)為河北科技大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向為數(shù)字化測量。

方憶湘為通訊作者。