faro激光跟踪仪工作原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,激光跟踪仪的長处,老式的飞机全机水平测量壹般是采用常规的光學仪器,即用水平仪和經纬仪對飞机的安装角和對称性進行测量,但這种测量措施有测量效率低、人為误差比较大及测量精度比较差等缺陷。伴随飞机性能不停提高,對飞机外形的规定也越来越高,因此對全机调平误差提出了更高的规定,有些飞机调平误差為0.5 mm 如下,常规光學仪器已不能满足水平测量的规定。而全机水平测量是检测最终产品安装精度与否满足技术规定的必须的检测项目,目前工廠的型架安装已經完全采用激光跟踪仪定位安装,部分重要机加件也所有采用数字化测量技术。激光跟踪测量系统是工业测量系统中壹种高精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距、光電探测、精密机械、计算机及控制、現代数值计算理论等多种先進技术,可對空间运動目的進行跟踪并实時测量目的的空间三维坐標。它具有高精度、高效率、实時跟踪测量、安装快捷、操作简便等特點,适合大尺寸工件装配测量,因此合用于飞机类产品空间點位的测量。,1,激光跟踪仪测量系统的构成及原理,激光跟踪仪测量系统的构成及原理,激光跟踪仪实际上是壹台激光干涉测距和自動跟踪测角测距的全站仪,跟踪頭的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪的三個轴,三轴相交的中心是测量坐標系的原點。激光跟踪仪可以持续的瞄准、跟踪并确定由移動或稳定的反射目的返回激光束的位置。简朴的說,激光跟踪测量系统可静态或動态地跟踪壹种在空中运動的點,由此形成球坐標测量系统,并测得三個位置参量、即可确定目的直角坐標系的位置矢量P=(x，y，z)。,x=OP sincos,y=OP sinsin,z=OP cos,其中，是有两個角度编码器来讀出的，OP是有經整形、放大後输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由電子计算机按计算公式，可计算位移量OP,两個角编码器自動测量靶標相對于跟踪仪的水平方位角和垂直方位角；靶標与激光跟踪仪之间的距离由激光干涉仪测量。這些信息經传感器電缆传給激光跟踪仪控制机，跟踪仪控制机整顿计算後，壹部分信息經馬达電缆反馈回激光跟踪仪，控制伺服馬达，使激光束壹直锁定移動中的靶標；另壹部分信息經局域网传播給应用处理机，储存在数据库中。,2,激光干涉仪,從激光器发出的光束，經扩束准直後由分光镜分為两路，并分别從固定反射镜和可動反射镜反射回来會合在分光镜上而产生干涉条纹。當可動反射镜移動時，干涉条纹的光强变化由接受器中的光電转换元件和電子线路等转换為電脉冲信号，經整形、放大後输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由電子计算机按计算式式中為 激光波長(N 為電脉冲总数)，算出可動反射镜的位移量L。使用單频激光干涉仪時，规定周围大气处在稳定状态，多种空气湍流都會引起直流電平变化而影响测量成果。,3,4,5,测量的难點及处理措施,1.坐標系的建立,飞机具有外形尺寸及重量大、外部构造特殊、部件之间互相位置关系规定严格等特點。而激光跟踪仪则规定壹种站位内测量點光线直线可达,不可断光再续,且中间不能有障碍物,但在飞机上的水平测量點大部份是對称分布,例如机翼、平尾的安装角就需要测量机身左右的坐標點,由于中间被机身、起落架或其他挂载挡住,因此在壹种站位下就不也許测量出所有的坐標點,而需多种站位、多种坐標系,因此單台激光跟踪仪必须通過转站的措施扩大测量范围,避開障碍物,以使單站位下光线直线可达。,实現测量。转站指的是在相邻的站位之间靠至少几 個共同基點联络起来,前壹种站位测量几种共同基點,下壹种站位再次测量這几种共同基點,然後由计算机测量软件通過拟合计算,把不壹样站位信息互相联络,形成壹种统壹的坐標系。,6,2.坐標點的测量,通過站位转换,能测量到全机所有的坐標點。壹般测量措施有:,1)直接测量法,直接将靶標放置到待测點位置,通過多次采样,由测量系统通過计算得出成果的均值,实現被测標點的测量,例如對于机身侧面的標點就可以采用這种方式;,2)间接测量法,通過测量球面或圆形,采用球心或圆心拟合方式间接测出球心或圆心的點的坐標,例如對于机翼、平尾下部的標點,由于坐標點在下部,有時受激光頭高度的限制,不便直接测量,可以采用间接测量方式,3.批次测量,由于站位转换要花费大量的時间,為了保证在所有的站位都可以测到转站基點,有時對基點位置需要進行多次调整,而對于批产飞机,由于产量大,水平测量工作量比较大,若每次测量都要重新设置基點,显然不利于提高测量效率,因此需要通過设置水平测量位置来处理该問題。即设置壹种区域為全机水平测量专用位置,并在该位置预埋转站基點,将飞机的位置、激光跟踪仪大体位置做好標识,在下次测量時则不必再次设置基點,而运用原基點即可实現多架次、多批次测量,提高了测量效率。,7,全机水平测量数据处理及成果验证,在全机水平测量前,首先要查出全机水平测量點理论坐標值,壹般以飞机水平基准线、對称轴线為基准,以机頭位置或對称轴线上其他位置為起始原點,建立水平测量點相對于水平基准线和對称轴线下的理论空间坐標系,然後把实际测得標點坐標通過系记录算,得出实际测量值与理论值之间的差异,從而得到標點的偏离状况,同步,计算出全机大部件的安装角、倾斜角等。,8,影响原因,激光跟踪仪通過优化测量方式可以完全实現全机的水平测量工作,提高了测量效率、精度及可靠性,具有操作简朴、人為干扰原因少、多次测量差异性小等特點，但也有某些影响误差的原因。如：,1 系统误差,激光跟踪仪系统误差(设备误差)重要有两方面：激光干涉仪测量误差；角编码器测量误差。激光干涉仪辨别率為0001 26 mm，角编码器辨别率為014”。理论上，在不超過10 m测量范围内，激光跟踪仪系统误差不超過001 mm。但伴随测量距离增大，系统误差也将增大；第二方面 靶標及附件的制造误差，靶標及附件的制造误差也是影响系统误差的壹种原因。提高附件制造精度，定期检修靶標及附件是控制上述测量误差的有效措施。,9,2环境原因,温度、气压、气流的波動、空气污染将影响光线的传播，导致测量误差的增大；地板的稳固程度、振動、设备用電電流的稳定性不仅會导致测量误差的增大，甚至會导致仪器的损壞。针對以上原因，测量時应控制室内温度恒定，不要把仪器摆在廠房门口、空调旁边。保持空气清洁，不要把仪器摆放在地板接缝处或地基不牢处，防止测量区域附近有振源，配置稳压器。,3 操作人员原因,操作人员手持靶標测量時，靶標的运行速度和加速度對测量精度将产生影响，速度過快會使光束折断。搞好培训，提高和增强操作人员的素质和责任心是減小由操作人员产生测量误差的有效措施。,10,激光跟踪仪安装型架的長处及提议,激光跟踪仪应用于飞机工装的安装或测量重要有如下長处：,（1）采用数字量传递节省诸多標工(样板、样件等)。,（2）测量设备轻巧，移動以便，能進行大尺寸，复杂构造型架的安装测量。,（3）测量精度高，省去了許多中间环节，減少了累积误差，提高了型架的安装精度且反复精度高，检修以便。,（4）在调试安装的過程中，零件上的點的坐標值的差值(实测值与理论值的差值)实時显示，操作者能直观、以便的進行调装且速度快，大幅度缩短工装的试制周期。,11,激光跟踪仪在飞机型面测量中的应用,飞机在部装和总装過程中需要检测的几何参数重要包括轴线偏斜度、定位装置的角度偏差、距离、平行度、垂直度以及部件外形孥曰。這些几何参数的计算是通過對某些几何元素(如點、线、型面等)的测量得到的。這些几何元素的测量可直接由激光跟踪仪完毕，通過把CAD模型或理论数值和实际测量值作對比来实現。激光跟踪仪测量系统测量型面操作环节分為三部分。第壹步是测前准备工作，第二部分是建立工装坐標系，第三步是在工装坐標系下测量型面隔。這三部分内容既有联络又各自独立，三部分工作可以持续進行，也可以分段進行。下面對每個操作环节及操作中要注意的事项作详细的简介。,12,1 测前准备工作,(1)考察测量現場；,(2)跟踪仪设置；,(3)作出测量汁划,13,2 建立工装坐標系,确定测量坐標系可采用两种方式。壹种方式采用迭代法建立坐標系，可在被测表面拾取多种基准點，然後计算生成坐標系坐標原點。所选6個基准點建立了该表面的测量坐標系 6個基准點分布另壹种方式是采用外加基准板或采用飞机制造基准面方式确定测量坐標系，在基准板或飞机制造基准面上选用三個以上基准點進行测量坐標系建立。假如是對整個机身测绘，要進行内外表面所有的多角度多方位测量，则采用第壹种坐標系建立方式；若要测量的型面仅是飞机的部件，则采用第二种坐標系建立方式,14,3,测量型面,1 导入CAD模型数据,把CAD模型数据导入到测量软件图形显示界面，定义各部位的几何公差和尺寸公差。,2 测量過程,(1)简朴、规则曲面的测量,空间曲面是通過空间持续的點反应的，简朴、规则曲面的测量可以使用反射球在被测量物体表面接触均匀划過，通過它的空间运動轨迹来反应空间曲面。假如测量點越密阐明曲面的形位越靠近实际曲面，而测量點的疏密是可以通過测量软件来设定的，例如，设定的参数是2mm，则在与前個點的空间距离為2mm处采集第二個點，通過這样的措施就得到了空间曲面的坐標。根据現場测量經验，在對曲率变化较大的面進行测量時，应使跟踪頭水平、垂直角度变化范围最小。這是由于根据仪器自身特點，影响测餐精确度最大的原因就在于它的测角，其测量误差要不小于测距误差，這是在测量曲率变化较大的面時应把握的個原则。,15,(2)复杂曲面的测量,若要测量的曲面部分激光無法照射過来，或者被测量的部分深深的隐藏或凹陷在钣金件的下面，反射球無法完毕检测時，可选用7Imobe处理這些問題，T_-Pmbe测量隐藏的洞或腔可获得极高的精度。若要检测的型面比较复杂，不便于接触测量，或者需要扫描部件各個部位用来逆向制造，可选用T_Sc蛐，它可以迅速扫描多种材质或者复杂的表面。操作人员手持靶標测量時，靶標的移動速度和加速度對测量精度将产生影响，速度過快會使光束折断，虽然跟踪仪有断光续接功能，不過它是以牺牲壹定的精度為代价的。同步应尽量防止测量點的振動以及气流的扰動。,16,成果处理,实际测量值形成點雲，拟合成曲面，把实現测量成果与CAD理论数据比较，按照偏差数据生成色彩表达测量成果。计算测得的几何元素间的相對位置关系(距离、角度等)，查看关键部位的特性符合状况(尺寸公差和几何公差等)。,17,4 数字化检测验收,运用激光跟踪仪對工装持续反复测量3次，對其工装基准進行测量，可验证工装的稳定性、仪器的测量精度等，保证其测量数据精度。同步，使用数字技术验证关键定位器，运用量规對工装進行实际检查等。最终选择适合自已的汇报格式，打印测量汇报作為验收根据。,18,遠 景,在飞机的装配测量中，激光跟踪仪测量系统以其高效率、高精度、便携性等优势正逐渐取代老式测量措施，它代表了目前和未来飞机制造装配技术发展的方向。深入研究和运用激光跟踪仪测量系统及其关键技术，根据不壹样的测量任务和顾客需求，通過制定专用测量方案，并把数字化原则工装11啦用到飞机的装配测量中，将能突破我国飞机制造装配技术中的微弱环节，彻底变化我国几拾年来沿袭的飞机装配协调措施，使我国飞机设计制造体系实現行业的跨越式发展。,19,謝謝！,20,