浅析飞机型架装配中激光跟踪仪的应用

付刺利

摘 要：该文浅析了激光跟踪仪的基本组成和实现原理，并结合实际工作经验浅析了相应的激光跟踪仪的专业术语和概念、传统的飞机型架装配流程，最后结合实例对飞机型架装配中激光跟踪仪的应用进行进一步的探讨和分析，为相关研究抛砖引玉。

关键词：飞机型架 型架装配 激光跟踪仪 应用

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0030-02

作为飞行试验的关键，机载产品需要在真实环境下工作的设计测试和对质量问题实时进行检测。飞机型架装配是飞机装备中的工艺流程，飞机型架作为与飞机结构密切相关的部件也是飞机装备质量可靠性的重要关键点。在装配飞机型架中对其卡板以及部件的装备进行定位框结构以及位长桁的定位是也是飞机装配的重要步骤。型架装配是保证改装部件以及飞机日常部件的集合形状，是满足部件的制造精度最终形成飞机结构的必要工艺

1 激光跟踪仪的组成及原理

1.1 激光跟踪仪的组成

传统的激光跟踪仪主要由以下几部分组成，分别是控制机、处理机、跟踪器以及靶标。控制机主要是指与跟踪仪控制机内部集成角编码脉冲计数器装置、驱动马达装置以及干涉仪脉冲计数器的相关装置。当然，对于实际的应用，控制器还包括能够进行实时数据计算和处理的计算机，其能够保证激光能够始终直线反射靶标。

1.2 测量原理

激光跟踪仪作为一种精密空间坐标测量设备，其结合激光干涉器以及伺服控制设备技术测量目标反射的靶球以及跟踪仪的相对位置。相关文献指出，激光跟踪仪以及测量反射靶球可以形成相应的球面坐标系的测量系统，跟踪器的激光光束、旋转轴以及旋转镜面形成了跟踪仪的三个坐标轴，并且通过延长线的交点形成整个球面坐标系的原点。

在软件设计上，主要对上述的球面坐标进行分析处理，通过相关的三角函数进行坐标转换，当前大多数激光跟踪仪是将坐标反射处理成笛卡尔坐标系，并进行软件上的本机坐标处理。

2 激光跟踪仪在飞机型架装配中的应用

此处结合实际工作，对飞机型架装配中的激光跟踪仪的应用进行探讨，为相关研究提供一种借鉴。

2.1 相关概念和术语

在研究前对术语和概念进行清晰化是研究和实践的必要步骤，此处也简单阐述激光跟踪仪的相关术语和概念。

OTP点，英文全称为Optical Tooling Points，中文译为光学工具点。具体指的是在型架设计过程中，飞机的卡板或者支撑部件上设置的工艺孔的中心点，主要用于确定装配工装定位件空间位置的控制点，在实践中通常设置有三个，用于对设计的卡面的确定。

TB点，英文全称为Tooling Ball，中文译为基准工具球点。用于工装设计中建立型架坐标系的标准控制点。通常在后段型架上按照相关的图纸尺寸进行工具球支座的设置，在相关的反射器座上进行基准工具点的确定。

ERS点，英文全称为Enhance Reference System，中文译为增强坐标系。在型架装配过程中激光跟踪仪在某个站点由于型架对激光射线的遮挡而无法完成所有OTP点的测试，需要对其进行位置的调整继续以及对型架进行装配测试，ERS是一种增强工装坐标系的测试点。激光跟踪仪可以通过在站位中的位置站点进行测量，测量四个以上不同的ERS点的坐标在进行回归算法的计算进行拟合，在实践中ERS点是建立工装型架坐标系的永久性参考之一。

2.2 相关装配流程

飞机型架设计完毕后，在设计软件中对OTP点进行处理和获取并作为候选实际装配调试的基础数据。在飞机的型架实际装配中，激光跟踪仪测量型架上的靶球坐标，并且通过测量值和实际设计值进行比较来填装卡板以及定位器的位置，最后对装配关系进行进一步的调整。

2.3 实例探讨

此处以某型号飞机的型架装配为例进行探讨。

在安装前夕必须做好相应的准备工作。安装的特点主要有：型架结构复杂、尺寸较大、定位件较多、安装周期较长并且需要多个激光跟踪仪参与装配；型架上需要的定位件都有相应的OTP点，并且有图纸参考。安装流程主要分为：前期准备、初始化坐标系、建立ERS、安装定位件、检测OTP点、数据处理及验收。

安装准备在于检测相应的激光跟踪仪，进行相应的预热和校准，适当进行相应的温湿度的补偿使其精度根据科学；初始化坐标系在于基准点标准温度下的工作坐标系的建立，并且通过主体骨架的三个点进行确定。其中三个TB点设计选取需要考虑主体的结构以及后期测量的便捷性以及安装位置的科学性。

装配过程提供的OTP点、TB点以及ERS点的坐标是本机坐标下的坐标，而对于跟踪仪的坐标系则是其头部转轴交点所在的原点坐标系。飞机型架装配调试的目的就是在于将型架坐标系与跟踪仪坐标系进行对齐调整，并且进行卡板、支撑座以及定位器的装配调整，使得实际测量结果与设计效果基本一致。相关文献指出，可以通过四个以上的TB点进行坐标系的建立。而此时建立坐标系在于建立相应的ERS文件，ERS文件可以使得激光跟踪仪测量目标时能够测量标准统一、测量数据一致。

完成TB点的装配后，坐标系建立基本完毕，此时可以建立相应的ERS。通过型架的几个孔、相应的计算机三维处理以及回归处理，确保测试点满足实际工作需要，验证上述坐标是否符合设计图纸要求。在安装定位件中，可以通过提供相应的OTP坐标值进行安装，通常在实际中有三个OTP点以及其控制的两个坐标值进行定位件在空间的六个自由度的控制。测量可以通过反射器基座中插入OTP衬套中进行测量值和设计值的差值计算。实验表明，差值随着OTP点的运动而不断变化，此时计算机将通过计算和分析将其在最合适的位置进行固定。当然，这种测量是一种简介测量，有一定的环境误差。

对于OTP的检测则指的是在定位件安装完成后对OTP点安装激光跟踪仪的测量点进行复核。另一方面则利用激光跟踪仪进行飞机型架上的测试点测量后与理论数据进行比较，确保安装的整体精度，这个过程主要依赖于计算机软件的处理。

3 结语

随着数字化工业技术的发展，飞机制造业对于数字制造的依赖越来越明显，激光跟踪仪作为一种高精度、高使用率的飞机工业制造仪器在实践中也不断发展和广泛应用。该文结合实际工作经验对其在飞机型架装配中的应用进行探讨，为相关研究提供一个借鉴。

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