激光跟蹤儀測(cè)量方法分析與改進(jìn)

鄧輝

（上海飛機(jī)制造有限公司，上海 201324）

激光跟蹤儀測(cè)量方法分析與改進(jìn)

鄧輝

（上海飛機(jī)制造有限公司，上海 201324）

目前，加工效率的提升以及成本的減少等問(wèn)題在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)日漸受到相關(guān)人員的重視，更加重要的是生產(chǎn)高品質(zhì)的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的有序推進(jìn)，需要認(rèn)識(shí)到高精度部件的加工機(jī)床與高精度測(cè)量?jī)x器的加工生產(chǎn)線構(gòu)成的自律式加工系統(tǒng)是極為必要的。對(duì)于測(cè)量?jī)x器以及裝置，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的要求為滿足大范圍環(huán)境溫度的需要、有較強(qiáng)的抗污染以及防振動(dòng)能力、測(cè)量精度高、使用便利。現(xiàn)階段，生產(chǎn)廠家為了滿足加工環(huán)境的需要，積極研發(fā)新的產(chǎn)品，使產(chǎn)品測(cè)量更加精確、穩(wěn)定，操作使用更加便利。

激光跟蹤儀；測(cè)量方法；激光；旋轉(zhuǎn)鏡

1 激光技術(shù)

激光其實(shí)不是在自然界存在的，是通過(guò)人工處理受激而發(fā)出的一種光。激光與普通的光是不同的，具有其獨(dú)特的特點(diǎn)，比如有較強(qiáng)的方向性、亮度、相干性等。作為新型的光，激光的出現(xiàn)與應(yīng)用迎來(lái)了光學(xué)應(yīng)用技術(shù)革命，并且在生產(chǎn)、國(guó)防以及活動(dòng)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，成為了現(xiàn)代技術(shù)生產(chǎn)發(fā)展依賴的重要方法與手段。激光技術(shù)其實(shí)就是對(duì)各種能夠產(chǎn)生激光的方法進(jìn)行研究分析，明確激光運(yùn)用的特點(diǎn)，使其成為人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要技術(shù)。

2 激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)的基本原理

近年來(lái)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)在社會(huì)上很多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用，很多企業(yè)都推出了不同品牌的激光跟蹤儀，所有的激光跟蹤儀的構(gòu)成主要包括激光跟蹤頭、用戶計(jì)算機(jī)、控制器、反射器以及測(cè)量附件等。本次實(shí)驗(yàn)研究使用的激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)主要是LTD640型號(hào)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用原理分析也是基于此進(jìn)行的。

2.1 系統(tǒng)組成分析

激光跟蹤儀是一臺(tái)全站儀，能夠利用激光對(duì)測(cè)距以及自動(dòng)跟蹤測(cè)角測(cè)距等進(jìn)行干涉，不同之處是沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡，激光跟蹤儀的3個(gè)軸主要是由跟蹤頭的激光束、旋轉(zhuǎn)鏡以及旋轉(zhuǎn)軸等組成的，測(cè)量坐標(biāo)系的原點(diǎn)就是3個(gè)軸相交的中點(diǎn)位置。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的硬件主要涉及傳感器頭、控制器、帶LAN電纜的應(yīng)用計(jì)算機(jī)、電纜、電動(dòng)機(jī)以及反光鏡等。

2.2 系統(tǒng)原理分析

激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)工作的主要原理就是將反射器安裝在目標(biāo)點(diǎn)上，激光從跟蹤頭中發(fā)射出，到達(dá)反射器上，然后又回到跟蹤頭上。如果目標(biāo)位置出現(xiàn)變化，需要跟蹤頭對(duì)光束方向進(jìn)行調(diào)整，從而與目標(biāo)位置對(duì)準(zhǔn)。與此同時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)返回光束進(jìn)行接收，對(duì)目標(biāo)的空間位置進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。簡(jiǎn)而言之，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)主要是對(duì)空間中運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)或靜態(tài)化的跟蹤，進(jìn)而明確目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置。

3 激光跟蹤儀測(cè)量坐標(biāo)系

空間坐標(biāo)系的系統(tǒng)主要是由3條相交并且相互垂直的軸系統(tǒng)構(gòu)成，點(diǎn)的坐標(biāo)值主要取決于其與軸的相對(duì)位置，利用右手笛卡兒坐標(biāo)系RHR進(jìn)行。坐標(biāo)軸的交點(diǎn)一般就是原點(diǎn)，坐標(biāo)值就是點(diǎn)依據(jù)軸的方向，從點(diǎn)到原點(diǎn)間的距離。

4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)量法的操作步驟

依據(jù)Axyz軟件中LTM模塊對(duì)工裝系統(tǒng)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，獲得TB及ERS；在CDM模塊中的Workpiece中保存好測(cè)量獲得坐標(biāo)點(diǎn)TB、ERS，此時(shí)的系統(tǒng)坐標(biāo)就是原始坐標(biāo)BASE；在Reference中選擇ERS系統(tǒng)坐標(biāo)理論參考值，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換測(cè)量的系統(tǒng)點(diǎn)，使轉(zhuǎn)換的公差處于合理的范圍內(nèi)；對(duì)標(biāo)尺的尺寸大小進(jìn)行驗(yàn)證，使其滿足需要；從Reference的OTP參考文件中對(duì)將要調(diào)整的零件光學(xué)測(cè)量進(jìn)行選擇，比如OTP407、OTP408以及OTP409，同時(shí)選擇Swap Points；將OTP407、OTP408以及OTP409的理論值輸入到Workpiece中，保證OTP407、OTP408以及OTP409與TB、ERS在相同的坐標(biāo)中。

此時(shí)，OTP407、OTP408和OTP409的值分別為：OTP407中，X=2 819.25、Y=270.16、Z=－2 518.19；OTP408中，X=2 740.86、Y=252.06、Z=－2 346.07；OTP409中，X=2 740.86、Y=162.56、Z=－2 355.47.之后，依據(jù)零件的OTP的地點(diǎn)，軸對(duì)正Workpiece的點(diǎn)；選擇OTP407、OTP408以及OTP409點(diǎn)，對(duì)其軸對(duì)正方向進(jìn)行定義，將OTP407作為新坐標(biāo)的原點(diǎn)，Z軸正向是OTP40到OTP408的方向，Y軸負(fù)向時(shí)OTP40到OTP409的方向。

將軸對(duì)正后，Workpiece中的點(diǎn)坐標(biāo)就會(huì)變成新的坐標(biāo)，即AΧIS407，此時(shí)，OTP三點(diǎn)坐標(biāo)就是標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)。OTP407、OTP408以及OTP409的值為：OTP407中，X=0.00、Y=0.00、Z=0.00；OTP408 中，X=0.00、Y=0.00、Z=190.00；OTP409中，X=0.00、Y=-90.00、Z=190.00.可以發(fā)現(xiàn)，OTP407、OTP408以及OTP409的X軸方向是一致的，并且在相同的平面中。隨后，將轉(zhuǎn)換完畢的OTP點(diǎn)移到Reference中，將其作為依據(jù)，被稱為AΧIS407；將LTM模塊的系統(tǒng)進(jìn)行刷新，使其成為新的AΧIS407坐標(biāo)，挑選Reference中AΧIS407的OTP文件，進(jìn)而進(jìn)行調(diào)裝。此時(shí)，對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整，只需要對(duì)零件的OTP407、OTP408以及OTP409進(jìn)行調(diào)整，將平面法向X值控制在公差范圍中，Y，Z在相同平面內(nèi)，通過(guò)平移對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整。使用這種方法能夠使定位卡板的測(cè)量效率得到提升，定位調(diào)整花費(fèi)更短的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效的工作。

5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)量法的優(yōu)勢(shì)分析

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)量法的優(yōu)勢(shì)分析結(jié)果為：①高效。在工裝定位時(shí)，如果使用普通的技術(shù)方法對(duì)偏差進(jìn)行調(diào)整，則一般需要30 min的時(shí)間，但是使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換測(cè)量的方法，第一次整修一般是在10 min左右，之后每次調(diào)整需要結(jié)合具體環(huán)境以及條件進(jìn)行，時(shí)間一般是10～20 min，對(duì)于調(diào)整工裝定位的偏差，一般會(huì)縮短50%左右的時(shí)間。②完整。全部現(xiàn)存工裝定位幾何誤差的捕捉、評(píng)估以及可視。③創(chuàng)新。在工裝、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x中應(yīng)用激光跟蹤儀對(duì)工作空間進(jìn)行測(cè)量。④靈活。結(jié)合客戶需要，將測(cè)量的誤差轉(zhuǎn)化為AFM格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。⑤精確。使用精度比較高的激光長(zhǎng)度對(duì)誤差進(jìn)行獨(dú)立、全面的分析。

6 結(jié)論

激光跟蹤儀與三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備相同，對(duì)建坐標(biāo)方式進(jìn)行豐富，不僅涉及傳統(tǒng)三點(diǎn)、點(diǎn)線面等建坐標(biāo)，多點(diǎn)擬合坐標(biāo)系等，還有比較特殊、復(fù)雜的擬合建坐標(biāo)的方法，這種方法可以將工件上的平面、曲面、定位點(diǎn)、孔等相結(jié)合，將此作為基礎(chǔ)建坐標(biāo)，擬合計(jì)算工件坐標(biāo)系。在導(dǎo)入工件數(shù)學(xué)模型時(shí)，選擇合適的基準(zhǔn)面上的表面點(diǎn)、基準(zhǔn)中心，對(duì)這些基準(zhǔn)元素進(jìn)行測(cè)量，獲得擬合計(jì)算的結(jié)果。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，可以先明確基準(zhǔn)間的沖突，再確定是否要將有出現(xiàn)問(wèn)題可能的基準(zhǔn)舍棄，要保證建坐標(biāo)基準(zhǔn)與工件實(shí)際安裝定位的基準(zhǔn)是一樣的，從而使坐標(biāo)系測(cè)量的誤差能夠最大限度地減小。

V465

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.072

2095－6835（2017）21－0072－02

〔編輯：張思楠〕