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)約了制造時間，可降低制造成本，提高了檢測的便利程度，具有較高的應(yīng)用價值。基于此，本文將對激光跟蹤儀在飛機(jī)工裝制造方面的應(yīng)用展開探討。

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)無需進(jìn)行樣板的制造與維護(hù)，時間及資金成本都有所降低，也可減少模擬量傳遞時的誤差問題，工裝協(xié)調(diào)精準(zhǔn)度更高。工裝定檢時需要用計算機(jī)輔助測量系統(tǒng)進(jìn)行控制點(diǎn)的檢測，因此會應(yīng)用到激光跟蹤儀，其屬于計算機(jī)輔助測量系統(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)行幾何測量并對外形進(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)、輪船等汽車外形測量方面也有良好的應(yīng)用優(yōu)勢，還可對飛機(jī)裝配型架及各種設(shè)備進(jìn)行安裝與測量。此外，還可用于大型焊接件尺寸的測量，且在衛(wèi)量天線以及大型精密工程的安裝與測量方面的應(yīng)用價值也較高。

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量相對距離的變化。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，當(dāng)反射器沿光束的方向移動，如移動1/2波長，光程變化一個波長，光斑明暗變化一次。通過計算明暗變化的次數(shù)可計算出反射器移動的距離。

三、激光跟蹤儀測量類型分析

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

2.動態(tài)目標(biāo)測量。動態(tài)測量是一種連續(xù)式的測量方式，激光跟蹤儀的反射器遵循相應(yīng)的規(guī)律在被測體的型面上進(jìn)行不斷移動，以時間或距離為依據(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，可將測量值分組存儲于文件當(dāng)中，以便于為圖形的繪制以及數(shù)控編程提供依據(jù)。

3.表面測量。此種測量方式是指采用圖形方式對待測物體的表面進(jìn)行測量，將已測或待測區(qū)域分別展示在測量體的XY平面當(dāng)中，測量過程較為簡單。

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--型架的安裝與檢測中應(yīng)用激光跟蹤儀，可提升型架設(shè)計效果，提高飛機(jī)制造及檢測能力，在計算機(jī)技術(shù)輔助下可實(shí)現(xiàn)集設(shè)計、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象，對飛機(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量方面的應(yīng)用。

（1）測前開始前的準(zhǔn)備。

①測量現(xiàn)場的調(diào)查。測量開始前先對測量現(xiàn)場的條件進(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始測量。

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)測量時，可以實(shí)現(xiàn)測量基準(zhǔn)的統(tǒng)一，被測件處于任意位置，激光跟蹤儀都可在工裝坐標(biāo)系下對其進(jìn)行測量。同時，測量數(shù)量也可保持恒定，任何時間點(diǎn)激光跟蹤儀所測量的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)都與標(biāo)準(zhǔn)溫度下的數(shù)值相同，環(huán)境溫度的變化不會對其產(chǎn)生影響。

（3）測量定位件的安裝。

①安裝測量各種板件、量規(guī)、交點(diǎn)。這類零件的特點(diǎn)是定位面的尺寸較大且上面至少有3個OTP襯套孔。測量時每個孔插入—個后退量相同的目標(biāo)。

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

③安裝測量叉、耳。這類零件上只有一個孔，孔徑Φ≥l2．7。測量時，在孔中插入偏置桿（或SIN棒），在桿的兩端插目標(biāo)。通過測量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安裝測量定位塊。此類零件無定位孔，只需精準(zhǔn)定位定位面的位置即可。可利用插目標(biāo)直角塊進(jìn)行平面附近三個不同OTP點(diǎn)的測量，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的各種型架必要時也可以使用激光跟蹤儀進(jìn)行檢測或返修。

③對某些標(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，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測量設(shè)備輕巧，移動方便，是一個活動的測量機(jī)。

③現(xiàn)場安裝減少了很多轉(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，操作者看著顯示屏進(jìn)行調(diào)裝，直觀、方便、操作簡單且速度快，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際接軌，便于外協(xié)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)。

結(jié)語：激光跟蹤儀具有測理準(zhǔn)確度高、測量操作簡便、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。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。