基于激光跟踪仪的飞机发动机舱罩后段上盖组件测量应用

王军杰　方忆湘　靳江艳　刘平

（河北科技大学机械工程学院，河北　石家庄　050018）

基于激光跟踪仪的飞机发动机舱罩后段上盖组件测量应用

王军杰方忆湘靳江艳刘平

（河北科技大学机械工程学院，河北石家庄050018）

飞机制造过程中，零组件、部件的外形精度和质量直接影响飞机气动性的精度质量。以某型号通用飞机的发动机罩舱后段上盖组件为典型研究对象，应用激光跟踪测量技术，针对其外形进行测量，对测量过程中涉及的测量方法和激光跟踪仪站位设置等关键问题进行了研究和探讨。最终完成飞机的发动机罩舱后段上盖组件的测量

激光跟踪仪；发动机舱罩；组件；测量

通用航空飞机通常采用由零件、组合件、板件、段件（部件的可分段装配组件）到部件并经部件对接形成整个飞机产品的制造与装配的方法［1］。零组件、部件外形的精度控制，对保证飞机产品装配协调及其几何外形非常重要。近年来，随着飞机产品数字化设计与制造技术的发展，尤其是基于模型的定义技术（MBD）在各类飞机产品研发中的应用，传统的零组件、部件外形测量方法已难于适应现代飞机制造的要求。而以激光跟踪仪为代表的数字化测量设备，在零组件、部件外形测量中发挥了愈来愈重要的作用。

1　激光跟踪测量技术

激光跟踪仪为集激光干涉测距技术、光电检测技术、精密机械技术、计算机技术、现代数值计算理论等于一体的新型测量仪器［2］，通过数字化设计模型提取的理论数据与测量获取数据的比对评价，实现零组件、部件外形的精确测量。激光跟踪仪是基于球坐标系的空间坐标测量机，可实现目标的静态坐标测量和动态轨迹跟踪。目前使用的LeicaAT901-LR激光跟踪仪的测量范围已达160m，测量精度达到15μm+6μm/m。激光跟踪仪测量原理如图1所示，即通过测量一个长度和两个角度（一个方位角、一个高度角）来确定被测点的三维坐标：设跟踪器的旋转中心和被测靶镜的中心分别为O点和P点。两个角度编码器可分别测量出P点的水平方位角α和垂直方位角β，激光干涉仪可测得O点到P点的距离D，那么P点坐标（X，Y，Z）可由下列公式计算得出：

图1　激光跟踪仪测量原理

2　基于激光跟踪仪的典型零组件外形测量

某发动机舱罩后段上盖组件如图2所示，根据设计要求对其外形进行测量并进行分析。

2.1测量任务分析

测量任务分析主要包括该发动机舱罩后段上盖组件采用的测量方式，测量对象和对应测量对象处的公差要求，然后设置相应激光跟踪仪的站位，完成该发动机舱罩后段上盖组件的测量。

2.1.1测量方式

该发动机舱罩后段上盖组件外形由于其刚度不够，在型架上组装完后会产生一定的变形，因此测量方式主要采用架下测量，即在组装完成后先在架上测量合格后，然后取下并在型架下再进行检测。架下测量采用粗定位和精确定位两步完成测量坐标系到装配坐标系的转化。

2.1.2测量对象及公差要求

该发动机舱罩后段上盖组件的测量对象是其整个外形，公差要求是整个外形的公差要求是1.5mm，且超出误差范围内的点不得超过总数的8%，最大超出点的误差不大超过要求的120%，即最大超差点的误差应在±1.8mm内。

2.1.3站位设置

Leica AT901 LR激光跟踪仪的测量范围已达160m，测量精度达到15μm+6μm/m。同时考虑到激光跟踪仪布站原则，激光跟踪仪设置在该发动机舱罩后段上盖组件的中间，距离为2.5mm左右处。

2.2测量方案实施

2.2.1粗定位

将该发动机舱罩后段上盖组件stp格式的CAD模型导入到计算机测量软件中。此CAD模型包含零组件及部件的MBD数字化定义模型。在此CAD模型上选取六个特征点如图2所示，此六个特征点应尽量包括该曲面的所有特征，且要限制住此型面的六个自由度。然后在设置好的激光跟踪仪站位下，测量此六个特征点，通过最小二乘法完成该发动机舱罩后段的初步对齐。

2.2.2精定位

六点粗定位后，该发动机舱罩后段上盖组件在激光跟踪仪下的测量坐标系已经初步转化到装配坐标系下，结合该组件的自身特点，对其关键测量点进行测量。因组件一般较小，考虑测量效率和测量准确度，一般直接通过扫描其外形，测量出外形的OTP点如图所示，然后将扫描测量出来的OTP点云和数模CAD模型通过最小二乘法进行迭代拟合，最终完成该发动机舱罩后段上盖组件的精确定位，完成基准的统一。同时最佳拟合完成后，将扫描测量出来的OTP点的偏差值显示出来。

图2　某发动机舱罩后段上盖组件

2.3测量报告与分析

测量报告如图3所示，可见有8个测量点超差。原则上每个OTP点的超差值不得超过其公差的20%，并且超差总数少于8%的属于合格产品。而此组件外形只有一个点的误差为-2mm，超出公差要求的±1.5mm的20%，对此点进行分析由于其外形周围只有此点超差，可判定是测量因素造成的。最终通过测量分析该发动机舱罩后段上盖组件外形合格。

图3　测量报告

3　结语

本文应用激光跟踪测量技术，以某型号通用飞机的发动机舱罩后段上盖组件为典型研究对象，研究了组件外形测量中的主要技术问题，实现了组件外形的测量。通过分析该组件外形的测量方式、跟踪仪站位设置等问题，给出了测量方案，实现了组件外形的测量。实际应用表明，采用上述技术和方法能够精确、高效的完成组件外形测量。后续研究将进一步深化数字化测量技术在工程实际中的应用，减少测量误差，提高装配效率和装配质量。

［1］ 胡问鸣.通用飞机.第1版.北京:航空工业出版社，2008: 3-8

［2］ 王彦喜，闵俊，刘刚.激光跟踪仪在飞机型架装配中的应用［J］.航空制造技术，2010（19）:92-97.

V262.4；V260.5

A

1003-5168（2015）11-035-02

王军杰（1988-）男，汉族，河北邢台人，现为河北科技大学在读硕士研究生，主要研究方向为数字化测量。

方忆湘为通讯作者。