《飞行器装配工装应用与维护》课件-4.3.4采用激光跟踪仪装配型架

采用激光跟踪仪装配型架《飞行器装配工装应用与维护》采用激光跟踪仪装配型架1基础知识2工艺流程3装配准备4装配工装原件5复查6数据输出采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识激光跟踪仪的工作原理利用激光跟踪仪装配型架，要求型架所有定位件均需按数字化定义，并在定位件上预先制出几个高精度目标孔，然后利用激光跟踪仪建立的空间坐标系统将定位件调整至理论坐标位置，通过数字定义完成整个型架的装配。这种方法省略了多个环节的累计误差，精度高且利于检修。采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识激光跟踪仪的工作原理激光跟踪仪主要由跟踪头、目标反射镜、控制电箱和测量软件构成。利用激光跟踪仪装配型架首先需要建立空间坐标系，即增强基准参考系统，保证建立的坐标系的包容性和稳定性，它是型架坐标系和飞机坐标系的基础。激光跟踪仪是一个球坐标测量系统，以其回转中心为坐标原点，建立测量坐标系。激光跟踪仪建立型架坐标系激光靶球采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识激光跟踪仪的工作原理激光跟踪仪需要测量的型架元件通常需要目标孔，激光跟踪仪的工作原理是在建立的型架坐标系内将激光靶球直接放置在型架元件的目标孔位置，利用激光放射和激光干涉原理，得到该位置的x、y、z3个坐标数据。激光跟踪仪建立型架坐标系激光靶球采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识如图所示，P为被测点，通过激光干涉测距测量间距L，利用两个角度编码器分别测量水平方位角α和竖直方位角β，即可通过以下公式确定被测点P的空间坐标(x,y,z)。通常每个型架元件包含3个目标孔，因而共得到9个坐标值，只需将其中6个值调整到理论位置，该型架元件也就被固定到正确的位置。激光跟踪测量原理采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识当然，在9个坐标值中选择合理的6个坐标值，还需要符合“三二一原则”，即第一个目标孔保证三个坐标值正确，第二个目标孔保证两个坐标值正确，第三个目标孔保证一个坐标值正确，正好得到六个坐标值，其余三个坐标值仅作为参考值。激光跟踪测量原理采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识相关术语和定义基准光学工具点ROTP1用于建立工装初始坐标系的控制点，一般由工装数模给出。(ReferenceOpticalToolingPoint)基准工具球点TB(ToolingBall)2用于建立工装初始坐标系的控制点。在实际安装型架的过程中，通常还会给定激光靶球的中心点位置。光学工具点OTP(OpticalToolingPoint)3用于确定工装元器件定位特性的控制点。每个OTP均包含x、y、z3个方向的坐标值，由工装数模给出。采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识相关术语和定义增强参考系ERS(EnhanceReferenceSystem)：工装在制造安装过程中，从已有坐标系转化的或为计算机辅助测量（CAMS）系统专门产生的、为整个工装寿命建立的永久坐标系。4增强参考点ERP(EnhanceReferencePoints)：工装在制造安装过程中，为生成增强坐标系而建立的控制点。众多的ERP按一定的方式拟合，形成一个增强坐标系。5采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识相关术语和定义球形安装反射器SMR(SphericallyMountedRetro-reflector)：激光跟踪仪的光学目标，也叫作激光靶球。球形安装反射器和球座配合形成激光测量靶标。6主要平面(MainMlane)：对工装定位型面空间位置准确度影响最大的平面。主要平面的选取方法如下：通过比较装配工装定位型面在飞机坐标系中xy平面、yz平面及xz平面内的投影面积，选出投影面积最大的平面即为主要平面。7采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置OTP一般设置在主要平面上设置上，并遵循“三二一原则”进行定位。例如，首先选取OTP₁中x₁、y₁、z₁作为控制基准，然后选取OTP₂和OTP₃中的z坐标作为控制基准，最后在OTP₂或OTP₃中选取x坐标作为控制基准。采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置一个空间物体有6个自由度，定位物体位置即确定物体的6个自由度。在设计型架定位器时，应对6个自由度进行分离，即当调整某个自由度时，其他自由度不发生变化。根据空间直角坐标系互相垂直的原理，通常采用3个角板和1个平板的组合结构进行解决。为方便激光跟踪仪测量OTP，一般OTP按下列要求设置。采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置01.在平面上设置OTP平面上设置OTP在定位平面上设置3个OTP，安装OTP目标的衬套孔中心到平面边缘的最小距离；为10mm，OTP目标中心到平面的距离为一定值，OTP目标间的最小距离为40mm。当零件上的定位面的尺寸不能使OTP之间的距离达到40mm时，在定位面上设置两个靶标安装孔，其中一个孔按“工装元件孔”设置OTP，如图所示。采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置02.在工装元件孔上设置OTP工装元件上OTP的安装面小于40mm×40mm时，需设置一个用于安装靶球的工艺孔（该平面有孔时可直接借用），利用测量杆调整安装工装元件。在该工艺孔的轴线上设置两个OTP。第一个OTP(OTP¹o₄)与定位面的垂直距离为一定值，第二个OTP(OTP₁5)。与定位面的垂直距离根据所用测量杆确定，这两个OTP用于确定定位孔的轴线方向，如图所示。孔的OTP设置方法采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置03.圆轴类定位器OTP设置圆轴类定位器OTP应设置在轴类零件的中心线上，位于轴类零件上的两端。通过控制轴的长度和OTP孔与轴外径的同轴度，实现产品高精度定位，如图3-27所示。圆轴类定位器OTP坐标值的选取应符合“三二原则”，即主要工作面上OTP的x、y、z坐标值都选用，另一端面上的OTP选取2个坐标值即可，如图所示。圆轴类定位器OTP设置示意图采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置04.圆孔类定位器OTP的设置圆孔类交点孔定位器OTP设置示意图圆孔类定位器根据具体结构形式设置OTP，如图所示。采用激光跟踪仪装配型架（一）基础知识光学工具点的设置05.长圆孔类定位器OTP的设置长圆孔类定位器OTP设置确定长圆孔位置OTP的设置方法与确定定位孔位置的方法相似，主要差别在于应给出长圆孔的方向。在长圆孔的理论中心线（长度与宽度的中心交线处）上设置两个OTP。第一个OTP(OTP1)与定位面的垂直距离为靶标后退量，第二个OTP(OTP108)与定位面的垂直距离为所用测量杆的长度，OTP108和OTP109用于建立长圆孔的理论方向上的向量，如图所示。采用激光跟踪仪装配型架（二）工艺流程激光跟踪仪装配型架典型工艺流程如图采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备激光跟踪仪应作为一种精密测量仪器，对环境变化敏感。为保证仪器达到最佳工作状态，使用前严格按规定进行预热、校准、标尺测量等，保证其满足测量要求。在实际测量时，考虑温、湿度的变化进行补偿。采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备01.环境控制（1）激光跟踪仪的工作环境温度为4℃~35℃，测量时应控制室内温度基本恒定（温度变化不超过5℃）。（2）使用前，应将设备与被测工件一起进行温度平衡，恒温时间不应低于1.5h。（3）严格控制测量时的温度，温度变化超过5℃时应重新测量基准，并根据型架的结构、体积大小及现场的实际情况、基准转换情况对是否适合继续测量工作做出判断。采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备01.环境控制（4）使用高度应控制在海拔0～5000m，相对湿度控制在10%～95%。（5）测量区域无振动、无明显气流、无强电磁，并避免强光直射。采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备02.仪器准备（1）仪器应进行充分预热，在实际测量时，考虑温、湿度的变化，进行必要的修正。（2）按使用手册对激光跟踪仪进行适当的调节、校准，满足测量要求。采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备03.建立工装初始坐标系按工装图纸的要求通过坐标基准点建立标准温度下的工装坐标系。首先，测量基准统一，无论激光跟踪仪放在被测件附近的哪个位置，都能使测量工作始终在工装坐标系下进行；其次，测量数据一致，无论任何时候在工装坐标系下，激光跟踪仪测量的目标点数据（坐标值）始终是标准温度下的数值，不受测量环境温度变化的影响，使测量数据始终保持一致。采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备03.建立工装初始坐标系建立工装初始坐标系时，ROTP设置方法如下：、、（1）对于整体框架式型架，在框架上设置ROTP，建立工装初始坐标系。（2）对于分散组合式型架，在型架组合基座上设置ROTP，建立工装初始坐标系。采用激光跟踪仪装配型架（三）装配准备04.检查工装坐标系在工装ROTP安装完成后，应按照相关要求布置ERP，建立初始坐标系时一并建立ERS，保证这些测量点满足使用要求，验证工装坐标系是否符合工装图样要求。采用激光跟踪仪装配型架（四）装配工装元件根据提供的OTP坐标值，装配工装元件。根据提供的靶点坐标值，装配工装定位元件（平板、卡板、外形板、钻模板等）。安装时应考虑工装元件的通路、光学视线，通常情况下应从里到外安装。采用激光跟踪仪装配型架（四）装配工装元件若在某次测量中，测量工件发生移动，就需要进行精确地转站来保证测量的精度，具体方法如下：通过将一组用工具球测量的点映射到相应参考数据点的方式进行跟踪仪重新定位。工具球最佳拟合建坐标系通过将一组用固定点测量的点映射到相应参考数据点的方法进行跟踪仪重新定位。固定点最佳拟合建坐标系通过把一个已经测量的点云映射到相应参考数据点上的方法来进行跟踪仪重新定位。点云最佳拟合建坐标系采用激光跟踪仪装配型架（五）复查检查OTP和ROTP及管理要求在工装所有元件装配完成后，应对所有按激光测量点安装的工装定位件上OTP进行复查，确保其符合工装图样要求。OTP在安装使用完成后，在工装上应对其进行标记和有效的管理，具体要求如下：ROTP采用标牌式管理，型架在调整安装完ROTP座后，在每个ROTP座旁设置标牌，标牌上标明其编号、实测坐标值，ROTP编号应与工装图样保持一致。1采用激光跟踪仪装配型架（五）复查检查OTP和ROTP及管理要求在工装所有元件装配完成后，应对所有按激光测量点安装的工装定位件上OTP进行复查，确保其符合工装图样要求。OTP在安装使用完成后，在工装上应对其进行标记和有效的管理，具体要求如下：标牌上每个ROTP的x、y、z坐标值应至少保留两位小数，ROTP座在工装制造、使用完成后应有保护措施。2采用激光跟踪仪装配型架（五）复查检查OTP和ROTP及管理要求在工装所有元件装配完成后，应对所有按激光测量点安装的工装定位件上OTP进行复查，确保其符合工装图样要求。OTP在安装使用完成后，在工装上应对其进行标记和有效的管理，具体要求如下：工装元件上应标示出OTP的编号，并与工装图样一致。3OTP采用不干胶标签或漏字模书写式管理，并在OTP附近的工装非工作部位标记编号。4采用激光跟踪仪装配型架（五）复查实测与理论数据对比利用激光跟踪仪获得型架激光测量点的实测值后，应与型架设计理论数据进行比较、分析，确保安装精度。实测与理论数据对比有以下5种处理方式：比较：通过比较命令实现理论值与实测值的比较，作为验收的标准。1建点：将实测值与理论数据的偏差实时、连续显示在计算机屏幕上。2距离：在实际测量中分析两个几何元素之间的距离、角度等。3采用激光跟踪仪装配型架（五）复查实测与理论数据对比利用激光跟踪仪获得型架激光测量点的实测值后，应与型架设计理论数据进行比较、分析，确保安装精度。实测与理论数据对比有以下5种处理方式：基本几何元素拟合：激光跟踪仪系统可以拟合出线、面、圆、球体及圆柱等。4编辑输入输出：测量过程中需要用到理论数据作为参考。测量数据输出到打印机，形成书面报告。5采用激光跟踪仪装配型架（五）复查坐标转换在处理数据及验证时需要统一坐标系，这时就需要转换坐标。坐标变换使用的参考点至少为7个，坐标系转换的方法主要有以下几种：比例：变换系统的比例尺；1平移：移动坐标系的原点；2旋转：旋转x轴、y轴、z轴的方向；3采用激光跟踪仪装配型架（五）复查坐标转换在处理数据及验证时需要统一坐标系，这时就需要转换坐标。坐标变换