淺析飛機型架裝配中激光跟蹤儀的應用

付刺利

摘 要：該文淺析了激光跟蹤儀的基本組成和實現原理，并結合實際工作經驗淺析了相應的激光跟蹤儀的專業術語和概念、傳統的飛機型架裝配流程，最后結合實例對飛機型架裝配中激光跟蹤儀的應用進行進一步的探討和分析，為相關研究拋磚引玉。

關鍵詞：飛機型架 型架裝配 激光跟蹤儀 應用

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0030-02

作為飛行試驗的關鍵，機載產品需要在真實環境下工作的設計測試和對質量問題實時進行檢測。飛機型架裝配是飛機裝備中的工藝流程，飛機型架作為與飛機結構密切相關的部件也是飛機裝備質量可靠性的重要關鍵點。在裝配飛機型架中對其卡板以及部件的裝備進行定位框結構以及位長桁的定位是也是飛機裝配的重要步驟。型架裝配是保證改裝部件以及飛機日常部件的集合形狀，是滿足部件的制造精度最終形成飛機結構的必要工藝

1 激光跟蹤儀的組成及原理

1.1 激光跟蹤儀的組成

傳統的激光跟蹤儀主要由以下幾部分組成，分別是控制機、處理機、跟蹤器以及靶標。控制機主要是指與跟蹤儀控制機內部集成角編碼脈沖計數器裝置、驅動馬達裝置以及干涉儀脈沖計數器的相關裝置。當然，對于實際的應用，控制器還包括能夠進行實時數據計算和處理的計算機，其能夠保證激光能夠始終直線反射靶標。

1.2 測量原理

激光跟蹤儀作為一種精密空間坐標測量設備，其結合激光干涉器以及伺服控制設備技術測量目標反射的靶球以及跟蹤儀的相對位置。相關文獻指出，激光跟蹤儀以及測量反射靶球可以形成相應的球面坐標系的測量系統，跟蹤器的激光光束、旋轉軸以及旋轉鏡面形成了跟蹤儀的三個坐標軸，并且通過延長線的交點形成整個球面坐標系的原點。

在軟件設計上，主要對上述的球面坐標進行分析處理，通過相關的三角函數進行坐標轉換，當前大多數激光跟蹤儀是將坐標反射處理成笛卡爾坐標系，并進行軟件上的本機坐標處理。

2 激光跟蹤儀在飛機型架裝配中的應用

此處結合實際工作，對飛機型架裝配中的激光跟蹤儀的應用進行探討，為相關研究提供一種借鑒。

2.1 相關概念和術語

在研究前對術語和概念進行清晰化是研究和實踐的必要步驟，此處也簡單闡述激光跟蹤儀的相關術語和概念。

OTP點，英文全稱為Optical Tooling Points，中文譯為光學工具點。具體指的是在型架設計過程中，飛機的卡板或者支撐部件上設置的工藝孔的中心點，主要用于確定裝配工裝定位件空間位置的控制點，在實踐中通常設置有三個，用于對設計的卡面的確定。

TB點，英文全稱為Tooling Ball，中文譯為基準工具球點。用于工裝設計中建立型架坐標系的標準控制點。通常在后段型架上按照相關的圖紙尺寸進行工具球支座的設置，在相關的反射器座上進行基準工具點的確定。

ERS點，英文全稱為Enhance Reference System，中文譯為增強坐標系。在型架裝配過程中激光跟蹤儀在某個站點由于型架對激光射線的遮擋而無法完成所有OTP點的測試，需要對其進行位置的調整繼續以及對型架進行裝配測試，ERS是一種增強工裝坐標系的測試點。激光跟蹤儀可以通過在站位中的位置站點進行測量，測量四個以上不同的ERS點的坐標在進行回歸算法的計算進行擬合，在實踐中ERS點是建立工裝型架坐標系的永久性參考之一。

2.2 相關裝配流程

飛機型架設計完畢后，在設計軟件中對OTP點進行處理和獲取并作為候選實際裝配調試的基礎數據。在飛機的型架實際裝配中，激光跟蹤儀測量型架上的靶球坐標，并且通過測量值和實際設計值進行比較來填裝卡板以及定位器的位置，最后對裝配關系進行進一步的調整。

2.3 實例探討

此處以某型號飛機的型架裝配為例進行探討。

在安裝前夕必須做好相應的準備工作。安裝的特點主要有：型架結構復雜、尺寸較大、定位件較多、安裝周期較長并且需要多個激光跟蹤儀參與裝配；型架上需要的定位件都有相應的OTP點，并且有圖紙參考。安裝流程主要分為：前期準備、初始化坐標系、建立ERS、安裝定位件、檢測OTP點、數據處理及驗收。

安裝準備在于檢測相應的激光跟蹤儀，進行相應的預熱和校準，適當進行相應的溫濕度的補償使其精度根據科學；初始化坐標系在于基準點標準溫度下的工作坐標系的建立，并且通過主體骨架的三個點進行確定。其中三個TB點設計選取需要考慮主體的結構以及后期測量的便捷性以及安裝位置的科學性。

裝配過程提供的OTP點、TB點以及ERS點的坐標是本機坐標下的坐標，而對于跟蹤儀的坐標系則是其頭部轉軸交點所在的原點坐標系。飛機型架裝配調試的目的就是在于將型架坐標系與跟蹤儀坐標系進行對齊調整，并且進行卡板、支撐座以及定位器的裝配調整，使得實際測量結果與設計效果基本一致。相關文獻指出，可以通過四個以上的TB點進行坐標系的建立。而此時建立坐標系在于建立相應的ERS文件，ERS文件可以使得激光跟蹤儀測量目標時能夠測量標準統一、測量數據一致。

完成TB點的裝配后，坐標系建立基本完畢，此時可以建立相應的ERS。通過型架的幾個孔、相應的計算機三維處理以及回歸處理，確保測試點滿足實際工作需要，驗證上述坐標是否符合設計圖紙要求。在安裝定位件中，可以通過提供相應的OTP坐標值進行安裝，通常在實際中有三個OTP點以及其控制的兩個坐標值進行定位件在空間的六個自由度的控制。測量可以通過反射器基座中插入OTP襯套中進行測量值和設計值的差值計算。實驗表明，差值隨著OTP點的運動而不斷變化，此時計算機將通過計算和分析將其在最合適的位置進行固定。當然，這種測量是一種簡介測量，有一定的環境誤差。

對于OTP的檢測則指的是在定位件安裝完成后對OTP點安裝激光跟蹤儀的測量點進行復核。另一方面則利用激光跟蹤儀進行飛機型架上的測試點測量后與理論數據進行比較，確保安裝的整體精度，這個過程主要依賴于計算機軟件的處理。

3 結語

隨著數字化工業技術的發展，飛機制造業對于數字制造的依賴越來越明顯，激光跟蹤儀作為一種高精度、高使用率的飛機工業制造儀器在實踐中也不斷發展和廣泛應用。該文結合實際工作經驗對其在飛機型架裝配中的應用進行探討，為相關研究提供一個借鑒。

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