激光跟蹤儀在飛機(jī)工裝制造中的運(yùn)用

◎戴亮

在制造業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，飛機(jī)工裝制造技術(shù)不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，工裝協(xié)調(diào)方式已由傳統(tǒng)的模擬量傳遞轉(zhuǎn)化為數(shù)字量傳遞，而激光跟蹤儀的應(yīng)用就是此方面變革的重要體現(xiàn)。將激光跟蹤儀應(yīng)用于飛機(jī)工裝制造中，節(jié)約了制造時(shí)間，可降低制造成本，提高了檢測(cè)的便利程度，具有較高的應(yīng)用價(jià)值?；诖?，本文將對(duì)激光跟蹤儀在飛機(jī)工裝制造方面的應(yīng)用展開(kāi)探討。

采用數(shù)字量傳遞的方式進(jìn)行飛機(jī)制造工裝的協(xié)調(diào)使用全機(jī)數(shù)學(xué)模型替代了原有的樣板及樣件，可以此為依據(jù)進(jìn)行飛機(jī)制造。此技術(shù)無(wú)需進(jìn)行樣板的制造與維護(hù)，時(shí)間及資金成本都有所降低，也可減少模擬量傳遞時(shí)的誤差問(wèn)題，工裝協(xié)調(diào)精準(zhǔn)度更高。工裝定檢時(shí)需要用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行控制點(diǎn)的檢測(cè)，因此會(huì)應(yīng)用到激光跟蹤儀，其屬于計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量系統(tǒng)中不可或缺的重要工具。

一、激光跟蹤儀的用途分析

激光跟蹤儀可建立并轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，還可進(jìn)行幾何測(cè)量并對(duì)外形進(jìn)行擬合，可分析數(shù)據(jù)并顯示圖象，其既可用于大型機(jī)械設(shè)備的安裝與調(diào)試，在飛機(jī)、輪船等汽車(chē)外形測(cè)量方面也有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，還可對(duì)飛機(jī)裝配型架及各種設(shè)備進(jìn)行安裝與測(cè)量。此外，還可用于大型焊接件尺寸的測(cè)量，且在衛(wèi)量天線(xiàn)以及大型精密工程的安裝與測(cè)量方面的應(yīng)用價(jià)值也較高。

二、激光跟蹤儀的工作原理

在激光跟蹤儀傳感器里有一個(gè)激光發(fā)生器和干涉器。激光發(fā)生器能產(chǎn)生同一頻率和波長(zhǎng)的單色光。單色光有發(fā)生干涉現(xiàn)象顯現(xiàn)明暗相間的光斑影象的性質(zhì)。干涉器利用激光干涉特性測(cè)量相對(duì)距離的變化。激光發(fā)生器的光束射入反射器再以相同的路程返回。出射光與反射光在干涉器重疊產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，明暗光象被感測(cè)，當(dāng)反射器沿光束的方向移動(dòng)，如移動(dòng)1/2波長(zhǎng)，光程變化一個(gè)波長(zhǎng)，光斑明暗變化一次。通過(guò)計(jì)算明暗變化的次數(shù)可計(jì)算出反射器移動(dòng)的距離。

三、激光跟蹤儀測(cè)量類(lèi)型分析

1.靜態(tài)目標(biāo)測(cè)量。靜態(tài)目標(biāo)測(cè)量的作用是對(duì)固定的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，具體測(cè)量方式有兩種，一是實(shí)測(cè)值測(cè)量，二是安裝測(cè)量，靜態(tài)目標(biāo)測(cè)量通常在飛機(jī)工裝安裝測(cè)試過(guò)程中較為常用。

2.動(dòng)態(tài)目標(biāo)測(cè)量。動(dòng)態(tài)測(cè)量是一種連續(xù)式的測(cè)量方式，激光跟蹤儀的反射器遵循相應(yīng)的規(guī)律在被測(cè)體的型面上進(jìn)行不斷移動(dòng)，以時(shí)間或距離為依據(jù)進(jìn)行采集點(diǎn)的設(shè)置，并將之顯示于三維空間當(dāng)中，可將測(cè)量值分組存儲(chǔ)于文件當(dāng)中，以便于為圖形的繪制以及數(shù)控編程提供依據(jù)。

3.表面測(cè)量。此種測(cè)量方式是指采用圖形方式對(duì)待測(cè)物體的表面進(jìn)行測(cè)量，將已測(cè)或待測(cè)區(qū)域分別展示在測(cè)量體的XY平面當(dāng)中，測(cè)量過(guò)程較為簡(jiǎn)單。

四、激光跟蹤儀在飛機(jī)工裝制造中的具體應(yīng)用分析

在飛機(jī)裝配工裝--型架的安裝與檢測(cè)中應(yīng)用激光跟蹤儀，可提升型架設(shè)計(jì)效果，提高飛機(jī)制造及檢測(cè)能力，在計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助下可實(shí)現(xiàn)集設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)為一體的飛機(jī)工裝制造。本文以波音737—700垂尾的裝配型架作為分析對(duì)象，對(duì)飛機(jī)工裝制造中激光跟蹤儀的具體應(yīng)用方式進(jìn)行分析。

1.在波音垂尾裝配各型架定位件的安裝測(cè)量方面的應(yīng)用。

（1）測(cè)前開(kāi)始前的準(zhǔn)備。

①測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查。測(cè)量開(kāi)始前先對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的條件進(jìn)行檢查，如與激光跟蹤儀的應(yīng)用環(huán)境不符，需進(jìn)行環(huán)境調(diào)整直至符合要求后再開(kāi)始測(cè)量。

②ERS點(diǎn)襯套的安裝。在型架的框架上進(jìn)行鉆孔，并將與之相符的襯套粘稀膠壓入其中，具體的襯套安裝數(shù)量的確定應(yīng)以框架的大小、安裝件的數(shù)量及分布狀況為依據(jù)。

③框架的水平與鉛垂調(diào)平。此環(huán)節(jié)主要運(yùn)用水平儀或坐標(biāo)經(jīng)緯儀進(jìn)行調(diào)平，且調(diào)平完畢后將框架與基座進(jìn)行連接以保持框架的穩(wěn)定。

（2）工裝坐標(biāo)系的建立。

以工裝圖紙為依據(jù)，根據(jù)坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下工裝坐標(biāo)系的建立，之后可構(gòu)建ERS參考文件，使用激光跟蹤儀進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)測(cè)量時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一，被測(cè)件處于任意位置，激光跟蹤儀都可在工裝坐標(biāo)系下對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，測(cè)量數(shù)量也可保持恒定，任何時(shí)間點(diǎn)激光跟蹤儀所測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)都與標(biāo)準(zhǔn)溫度下的數(shù)值相同，環(huán)境溫度的變化不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

（3）測(cè)量定位件的安裝。

①安裝測(cè)量各種板件、量規(guī)、交點(diǎn)。這類(lèi)零件的特點(diǎn)是定位面的尺寸較大且上面至少有3個(gè)OTP襯套孔。測(cè)量時(shí)每個(gè)孔插入—個(gè)后退量相同的目標(biāo)。

②安裝測(cè)量具有2個(gè)OTP點(diǎn)襯套孔的零件。這種零件的定位面較小，放不下3個(gè)孔。測(cè)量時(shí)，—個(gè)孔插普通目標(biāo)，另一個(gè)孔插矢量目標(biāo)，增加—個(gè)測(cè)量點(diǎn)。

③安裝測(cè)量叉、耳。這類(lèi)零件上只有一個(gè)孔，孔徑Φ≥l2．7。測(cè)量時(shí)，在孔中插入偏置桿（或SIN棒），在桿的兩端插目標(biāo)。通過(guò)測(cè)量OTP1和OTP2，在微機(jī)上求出OTP3的坐標(biāo)值（分析功能中的二等分）。

④安裝測(cè)量定位塊。此類(lèi)零件無(wú)定位孔，只需精準(zhǔn)定位定位面的位置即可?？衫貌迥繕?biāo)直角塊進(jìn)行平面附近三個(gè)不同OTP點(diǎn)的測(cè)量，并根據(jù)其坐標(biāo)進(jìn)行A面位置的確定，再結(jié)合Y坐標(biāo)進(jìn)行B在位置的確定。

2.在各種型架的定查、定檢和返修方面的應(yīng)用。

①用激光跟蹤儀安裝的型架必須用激光跟蹤儀進(jìn)行檢修。

②不使用激光跟蹤儀安裝的型架，如H6、Y7的各種型架必要時(shí)也可以使用激光跟蹤儀進(jìn)行檢測(cè)或返修。

③對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)工裝如：量規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)平板等使用激光跟蹤儀進(jìn)行檢測(cè)，不但精度高，而且速度快。

五、激光跟蹤儀在安裝型架方面的優(yōu)勢(shì)分析

①采用數(shù)字量傳遞節(jié)省很多標(biāo)工（樣板，樣件等）。

②測(cè)量設(shè)備輕巧，移動(dòng)方便，是一個(gè)活動(dòng)的測(cè)量機(jī)。

③現(xiàn)場(chǎng)安裝減少了很多轉(zhuǎn)接安裝環(huán)節(jié)，消除了很多累積誤差，提高了型架的安裝精度。

④在調(diào)試安裝的過(guò)程中，零件上的OTP點(diǎn)的坐標(biāo)值的差值直接在屏幕上顯示出來(lái)，操作者看著顯示屏進(jìn)行調(diào)裝，直觀、方便、操作簡(jiǎn)單且速度快，可縮短工裝的試制周期。

⑤重復(fù)精度高，檢修方便。

⑥型架的安裝方法與國(guó)際接軌，便于外協(xié)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)。

結(jié)語(yǔ)：激光跟蹤儀具有測(cè)理準(zhǔn)確度高、測(cè)量操作簡(jiǎn)便、快捷等特點(diǎn)，在航空制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在飛機(jī)制造過(guò)程中，其可應(yīng)用于飛機(jī)垂尾裝配各型架定位件的安裝測(cè)量方面，在各種型架的定查、定檢和返修方面也具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在工業(yè)領(lǐng)域逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展的當(dāng)下，激光跟蹤儀的應(yīng)用空間必將更加廣闊。