付刺利

摘 要：該文淺析了激光跟蹤儀的基本組成和實(shí)現(xiàn)原理，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)淺析了相應(yīng)的激光跟蹤儀的專業(yè)術(shù)語和概念、傳統(tǒng)的飛機(jī)型架裝配流程，最后結(jié)合實(shí)例對飛機(jī)型架裝配中激光跟蹤儀的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步的探討和分析，為相關(guān)研究拋磚引玉。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)型架 型架裝配 激光跟蹤儀 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0030-02

作為飛行試驗(yàn)的關(guān)鍵，機(jī)載產(chǎn)品需要在真實(shí)環(huán)境下工作的設(shè)計(jì)測試和對質(zhì)量問題實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測。飛機(jī)型架裝配是飛機(jī)裝備中的工藝流程，飛機(jī)型架作為與飛機(jī)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的部件也是飛機(jī)裝備質(zhì)量可靠性的重要關(guān)鍵點(diǎn)。在裝配飛機(jī)型架中對其卡板以及部件的裝備進(jìn)行定位框結(jié)構(gòu)以及位長桁的定位是也是飛機(jī)裝配的重要步驟。型架裝配是保證改裝部件以及飛機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)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(tǒng)的激光跟蹤儀主要由以下幾部分組成，分別是控制機(jī)、處理機(jī)、跟蹤器以及靶標(biāo)。控制機(jī)主要是指與跟蹤儀控制機(jī)內(nèi)部集成角編碼脈沖計(jì)數(shù)器裝置、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)裝置以及干涉儀脈沖計(jì)數(shù)器的相關(guān)裝置。當(dāng)然，對于實(shí)際的應(yīng)用，控制器還包括能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的計(jì)算機(jī)，其能夠保證激光能夠始終直線反射靶標(biāo)。

1.2 測量原理

激光跟蹤儀作為一種精密空間坐標(biāo)測量設(shè)備，其結(jié)合激光干涉器以及伺服控制設(shè)備技術(shù)測量目標(biāo)反射的靶球以及跟蹤儀的相對位置。相關(guān)文獻(xiàn)指出，激光跟蹤儀以及測量反射靶球可以形成相應(yīng)的球面坐標(biāo)系的測量系統(tǒng)，跟蹤器的激光光束、旋轉(zhuǎn)軸以及旋轉(zhuǎn)鏡面形成了跟蹤儀的三個(gè)坐標(biāo)軸，并且通過延長線的交點(diǎn)形成整個(gè)球面坐標(biāo)系的原點(diǎn)。

在軟件設(shè)計(jì)上，主要對上述的球面坐標(biāo)進(jìn)行分析處理，通過相關(guān)的三角函數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，當(dāng)前大多數(shù)激光跟蹤儀是將坐標(biāo)反射處理成笛卡爾坐標(biāo)系，并進(jìn)行軟件上的本機(jī)坐標(biāo)處理。

2 激光跟蹤儀在飛機(jī)型架裝配中的應(yīng)用

此處結(jié)合實(shí)際工作，對飛機(jī)型架裝配中的激光跟蹤儀的應(yīng)用進(jìn)行探討，為相關(guān)研究提供一種借鑒。

2.1 相關(guān)概念和術(shù)語

在研究前對術(shù)語和概念進(jìn)行清晰化是研究和實(shí)踐的必要步驟，此處也簡單闡述激光跟蹤儀的相關(guān)術(shù)語和概念。

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

TB點(diǎn)，英文全稱為Tooling Ball，中文譯為基準(zhǔn)工具球點(diǎn)。用于工裝設(shè)計(jì)中建立型架坐標(biāo)系的標(biāo)準(zhǔn)控制點(diǎn)。通常在后段型架上按照相關(guān)的圖紙尺寸進(jìn)行工具球支座的設(shè)置，在相關(guān)的反射器座上進(jìn)行基準(zhǔn)工具點(diǎn)的確定。

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

2.2 相關(guān)裝配流程

飛機(jī)型架設(shè)計(jì)完畢后，在設(shè)計(jì)軟件中對OTP點(diǎn)進(jìn)行處理和獲取并作為候選實(shí)際裝配調(diào)試的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在飛機(jī)的型架實(shí)際裝配中，激光跟蹤儀測量型架上的靶球坐標(biāo)，并且通過測量值和實(shí)際設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較來填裝卡板以及定位器的位置，最后對裝配關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。

2.3 實(shí)例探討

此處以某型號(hào)飛機(jī)的型架裝配為例進(jìn)行探討。

在安裝前夕必須做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。安裝的特點(diǎn)主要有：型架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較大、定位件較多、安裝周期較長并且需要多個(gè)激光跟蹤儀參與裝配；型架上需要的定位件都有相應(yīng)的OTP點(diǎn)，并且有圖紙參考。安裝流程主要分為：前期準(zhǔn)備、初始化坐標(biāo)系、建立ERS、安裝定位件、檢測OTP點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理及驗(yàn)收。

安裝準(zhǔn)備在于檢測相應(yīng)的激光跟蹤儀，進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)熱和校準(zhǔn)，適當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)的溫濕度的補(bǔ)償使其精度根據(jù)科學(xué)；初始化坐標(biāo)系在于基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)溫度下的工作坐標(biāo)系的建立，并且通過主體骨架的三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行確定。其中三個(gè)TB點(diǎn)設(shè)計(jì)選取需要考慮主體的結(jié)構(gòu)以及后期測量的便捷性以及安裝位置的科學(xué)性。

裝配過程提供的OTP點(diǎn)、TB點(diǎn)以及ERS點(diǎn)的坐標(biāo)是本機(jī)坐標(biāo)下的坐標(biāo)，而對于跟蹤儀的坐標(biāo)系則是其頭部轉(zhuǎn)軸交點(diǎn)所在的原點(diǎn)坐標(biāo)系。飛機(jī)型架裝配調(diào)試的目的就是在于將型架坐標(biāo)系與跟蹤儀坐標(biāo)系進(jìn)行對齊調(diào)整，并且進(jìn)行卡板、支撐座以及定位器的裝配調(diào)整，使得實(shí)際測量結(jié)果與設(shè)計(jì)效果基本一致。相關(guān)文獻(xiàn)指出，可以通過四個(gè)以上的TB點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)系的建立。而此時(shí)建立坐標(biāo)系在于建立相應(yīng)的ERS文件，ERS文件可以使得激光跟蹤儀測量目標(biāo)時(shí)能夠測量標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、測量數(shù)據(jù)一致。

完成TB點(diǎn)的裝配后，坐標(biāo)系建立基本完畢，此時(shí)可以建立相應(yīng)的ERS。通過型架的幾個(gè)孔、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)三維處理以及回歸處理，確保測試點(diǎn)滿足實(shí)際工作需要，驗(yàn)證上述坐標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)圖紙要求。在安裝定位件中，可以通過提供相應(yīng)的OTP坐標(biāo)值進(jìn)行安裝，通常在實(shí)際中有三個(gè)OTP點(diǎn)以及其控制的兩個(gè)坐標(biāo)值進(jìn)行定位件在空間的六個(gè)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(jìn)行測量值和設(shè)計(jì)值的差值計(jì)算。實(shí)驗(yàn)表明，差值隨著OTP點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而不斷變化，此時(shí)計(jì)算機(jī)將通過計(jì)算和分析將其在最合適的位置進(jìn)行固定。當(dāng)然，這種測量是一種簡介測量，有一定的環(huán)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(diǎn)安裝激光跟蹤儀的測量點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。另一方面則利用激光跟蹤儀進(jìn)行飛機(jī)型架上的測試點(diǎn)測量后與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確保安裝的整體精度，這個(gè)過程主要依賴于計(jì)算機(jī)軟件的處理。

3 結(jié)語

隨著數(shù)字化工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)制造業(yè)對于數(shù)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(jī)工業(yè)制造儀器在實(shí)踐中也不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用。該文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對其在飛機(jī)型架裝配中的應(yīng)用進(jìn)行探討，為相關(guān)研究提供一個(gè)借鑒。

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