激光跟踪仪在飞机工装制造中的运用

◎戴亮

在制造业蓬勃发展的当下，飞机工装制造技术不断创新与优化，工装协调方式已由传统的模拟量传递转化为数字量传递，而激光跟踪仪的应用就是此方面变革的重要体现。将激光跟踪仪应用于飞机工装制造中，节约了制造时间，可降低制造成本，提高了检测的便利程度，具有较高的应用价值。基于此，本文将对激光跟踪仪在飞机工装制造方面的应用展开探讨。

采用数字量传递的方式进行飞机制造工装的协调使用全机数学模型替代了原有的样板及样件，可以此为依据进行飞机制造。此技术无需进行样板的制造与维护，时间及资金成本都有所降低，也可减少模拟量传递时的误差问题，工装协调精准度更高。工装定检时需要用计算机辅助测量系统进行控制点的检测，因此会应用到激光跟踪仪，其属于计算机辅助测量系统中不可或缺的重要工具。

一、激光跟踪仪的用途分析

激光跟踪仪可建立并转换坐标，还可进行几何测量并对外形进行拟合，可分析数据并显示图象，其既可用于大型机械设备的安装与调试，在飞机、轮船等汽车外形测量方面也有良好的应用优势，还可对飞机装配型架及各种设备进行安装与测量。此外，还可用于大型焊接件尺寸的测量，且在卫量天线以及大型精密工程的安装与测量方面的应用价值也较高。

二、激光跟踪仪的工作原理

在激光跟踪仪传感器里有一个激光发生器和干涉器。激光发生器能产生同一频率和波长的单色光。单色光有发生干涉现象显现明暗相间的光斑影象的性质。干涉器利用激光干涉特性测量相对距离的变化。激光发生器的光束射入反射器再以相同的路程返回。出射光与反射光在干涉器重叠产生干涉现象，明暗光象被感测，当反射器沿光束的方向移动，如移动1/2波长，光程变化一个波长，光斑明暗变化一次。通过计算明暗变化的次数可计算出反射器移动的距离。

三、激光跟踪仪测量类型分析

1.静态目标测量。静态目标测量的作用是对固定的目标进行测量，具体测量方式有两种，一是实测值测量，二是安装测量，静态目标测量通常在飞机工装安装测试过程中较为常用。

2.动态目标测量。动态测量是一种连续式的测量方式，激光跟踪仪的反射器遵循相应的规律在被测体的型面上进行不断移动，以时间或距离为依据进行采集点的设置，并将之显示于三维空间当中，可将测量值分组存储于文件当中，以便于为图形的绘制以及数控编程提供依据。

3.表面测量。此种测量方式是指采用图形方式对待测物体的表面进行测量，将已测或待测区域分别展示在测量体的XY平面当中，测量过程较为简单。

四、激光跟踪仪在飞机工装制造中的具体应用分析

在飞机装配工装--型架的安装与检测中应用激光跟踪仪，可提升型架设计效果，提高飞机制造及检测能力，在计算机技术辅助下可实现集设计、制造与检验为一体的飞机工装制造。本文以波音737—700垂尾的装配型架作为分析对象，对飞机工装制造中激光跟踪仪的具体应用方式进行分析。

1.在波音垂尾装配各型架定位件的安装测量方面的应用。

（1）测前开始前的准备。

①测量现场的调查。测量开始前先对测量现场的条件进行检查，如与激光跟踪仪的应用环境不符，需进行环境调整直至符合要求后再开始测量。

②ERS点衬套的安装。在型架的框架上进行钻孔，并将与之相符的衬套粘稀胶压入其中，具体的衬套安装数量的确定应以框架的大小、安装件的数量及分布状况为依据。

③框架的水平与铅垂调平。此环节主要运用水平仪或坐标经纬仪进行调平，且调平完毕后将框架与基座进行连接以保持框架的稳定。

（2）工装坐标系的建立。

以工装图纸为依据，根据坐标基准点进行标准温度条件下工装坐标系的建立，之后可构建ERS参考文件，使用激光跟踪仪进行目标点测量时，可以实现测量基准的统一，被测件处于任意位置，激光跟踪仪都可在工装坐标系下对其进行测量。同时，测量数量也可保持恒定，任何时间点激光跟踪仪所测量的目标点数据都与标准温度下的数值相同，环境温度的变化不会对其产生影响。

（3）测量定位件的安装。

①安装测量各种板件、量规、交点。这类零件的特点是定位面的尺寸较大且上面至少有3个OTP衬套孔。测量时每个孔插入—个后退量相同的目标。

②安装测量具有2个OTP点衬套孔的零件。这种零件的定位面较小，放不下3个孔。测量时，—个孔插普通目标，另一个孔插矢量目标，增加—个测量点。

③安装测量叉、耳。这类零件上只有一个孔，孔径Φ≥l2．7。测量时，在孔中插入偏置杆（或SIN棒），在杆的两端插目标。通过测量OTP1和OTP2，在微机上求出OTP3的坐标值（分析功能中的二等分）。

④安装测量定位块。此类零件无定位孔，只需精准定位定位面的位置即可。可利用插目标直角块进行平面附近三个不同OTP点的测量，并根据其坐标进行A面位置的确定，再结合Y坐标进行B在位置的确定。

2.在各种型架的定查、定检和返修方面的应用。

①用激光跟踪仪安装的型架必须用激光跟踪仪进行检修。

②不使用激光跟踪仪安装的型架，如H6、Y7的各种型架必要时也可以使用激光跟踪仪进行检测或返修。

③对某些标准工装如：量规、标准平板等使用激光跟踪仪进行检测，不但精度高，而且速度快。

五、激光跟踪仪在安装型架方面的优势分析

①采用数字量传递节省很多标工（样板，样件等）。

②测量设备轻巧，移动方便，是一个活动的测量机。

③现场安装减少了很多转接安装环节，消除了很多累积误差，提高了型架的安装精度。

④在调试安装的过程中，零件上的OTP点的坐标值的差值直接在屏幕上显示出来，操作者看着显示屏进行调装，直观、方便、操作简单且速度快，可缩短工装的试制周期。

⑤重复精度高，检修方便。

⑥型架的安装方法与国际接轨，便于外协转包生产。

结语：激光跟踪仪具有测理准确度高、测量操作简便、快捷等特点，在航空制造领域得到了广泛应用，在飞机制造过程中，其可应用于飞机垂尾装配各型架定位件的安装测量方面，在各种型架的定查、定检和返修方面也具有良好的应用优势。在工业领域逐步实现数字化发展的当下，激光跟踪仪的应用空间必将更加广阔。