faro激光跟踪仪工作原理解析

激光跟踪仪的优点传统的飞机全机水平测量一般是承受常规的光学仪器,即用水平仪和经纬仪对飞机的安装角和对称性进展测量,但这种测量方法有测量效率低、人为误差比较大及测量精度比较差等缺点。随着飞机性能不断提高,对飞机外形的要求也越来越高,因此对全机调平误差提出了更高的要求,有些飞机调平误差为±0.5mm以下,常规光学仪器已不能满足水平测量的要求。而全机水平测量是检测最终产品安装精度是否满足技术要求的必需的检测工程,目前工厂的型架安装已经完全承受激光跟踪仪定位安装,局部重要机加件也全部承受数字化测量技术。激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干猜测距、光电探测、周密机械、计算机及把握、现代数值计算理论等各种先进技术,可对空间运动目标进展跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点,适合大尺寸工件装配测量,因此适用于飞机类产品空间点位的测量。1激光跟踪仪测量系统的组成及原理激光跟踪仪测量系统的组成及原理激光跟踪仪实际上是一台激光干猜测距和自动跟踪测角测距的全站仪,跟踪头的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪的三个轴,三轴相交的中心是测量坐标系的原点。激光跟踪仪可以连续的瞄准、跟踪并确定由移动或稳定的反射目标返回激光束的位置。简洁的说,激光跟踪测量系统可静态或动态地跟踪一个在空中运动的点,由此形成球坐标测量系统,并测得三个位置参量α、β、γ即可确定目标直角坐标系的位置矢量P=(x，y，z)。x=OPsinβcosαy=OPsinβsinαz=OPcosβ其中α，β是有两个角度编码器来读出的，OP是有经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算公式，可计算位移量OP两个角编码器自动测量靶标相对于跟踪仪的水平方位角和垂直方位角；靶标与激光跟踪仪之间的距离由激光干预仪测量。这些信息经传感器电缆传给激光跟踪仪把握机，跟踪仪把握机整理计算后，一局部信息经马达电缆反响回激光跟踪仪，把握伺服马达，使激光束始终锁定移动中的靶标；另一局部信息经局域网传输给应用处理机，储存在数据库中。2激光干预仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干预条纹。当可动反射镜移动时，干预条纹的光强变化由承受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干预仪时，要求四周大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。345测量的难点及解决措施1.坐标系的建立飞机具有外形尺寸及重量大、外部构造特殊、部件之间相互位置关系要求严格等特点。而激光跟踪仪则要求一个站位内测量点光线直线可达,不行断光再续,且中间不能有障碍物,但在飞机上的水平测量点大部份是对称分布,比方机翼、平尾的安装角就需要测量机身左右的坐标点,由于中间被机身、起落架或其他挂载拦住,因此在一个站位下就不行能测量出全部的坐标点,而需多个站位、多个坐标系,所以单台激光跟踪仪必需通过转站的方法扩大测量范围,避开障碍物,以使单站位下光线直线可达。实现测量。转站指的是在相邻的站位之间靠至少几个共同基点联系起来,前一个站位测量几个共同基点,下一个站位再次测量这几个共同基点,然后由计算机测量软件通过拟合计算,把不同站位信息相互联系,形成一个统一的坐标系。62.坐标点的测量通过站位转换,能测量到全机全部的坐标点。一般测量方法有:1)直接测量法,直接将靶标放置到待测点位置,通过屡次采样,由测量系统通过计算得出结果的均值,实现被测标点的测量,比方对于机身侧面的标点就可以承受这种方式;2)间接测量法,通过测量球面或圆形,承受球心或圆心拟合方式间接测出球心或圆心的点的坐标,比方对于机翼、平尾下部的标点,由于坐标点在下部,有时受激光头高度的限制,不便直接测量,可以实行间接测量方式3.批次测量由于站位转换要花费大量的时间,为了保证在全部的站位都可以测到转站基点,有时对基点位置需要进展屡次调整,而对于批产飞机,由于产量大,水平测量工作量比较大,假设每次测量都要重新设置基点,明显不利于提高测量效率,因此需要通过设置水平测量位置来解决该问题。即设置一个区域为全机水平测量专用位置,并在该位置预埋转站基点,将飞机的位置、激光跟踪仪大致位置做好标识,在下次测量时则无须再次设置基点,而利用原基点即可实现多架次、多批次测量,提高了测量效率。7全机水平测量数据处理及结果验证在全机水平测量前,首先要查出全机水平测量点理论坐标值,一般以飞机水平基准线、对称轴线为基准,以机头位置或对称轴线上其他位置为起始原点,建立水平测量点相对于水平基准线和对称轴线下的理论空间坐标系,然后把实际测得标点坐标通过系统计算,得出实际测量值与理论值之间的差异,从而得到标点的偏离状况,同时,计算出全机大部件的安装角、倾斜角等。8影响因素激光跟踪仪通过优化测量方式可以完全实现全机的水平测量工作,提高了测量效率、精度及牢靠性,具有操作简洁、人为干扰因素少、屡次测量差异性小等特点，但也有一些影响误差的因素。如：1系统误差激光跟踪仪系统误差(设备误差)主要有两方面：激光干预仪测量误差；角编码器测量误差。激光干预仪区分率为0．00126mm，角编码器区分率为0．14”。理论上，在不超过10m测量范围内，激光跟踪仪系统误差不超过0．01mm。但随着测量距离增大，系统误差也将增大；其次方面靶标及附件的制造误差，靶标及附件的制造误差也是影响系统误差的一个缘由。提高附件制造精度，定期检修靶标及附件是把握上述测量误差的有效措施。92环境因素温度、气压、气流的波动、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、振动、设备用电电流的稳定性不但会造成测量误差的增大，甚至会造成仪器的损坏。针对以上因素，测量时应把握室内温度恒定，不要把仪器摆在厂房门口、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，避开测量区域四周有振源，配置稳压器。3操作人员因素操作人员手持靶标测量时，靶标的运行速度和加速度对测量精度将产生影响，速度过快会使光束折断。搞好培训，提高和增加操作人员的素养和责任心是减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优点及建议激光跟踪仪应用于飞机工装的安装或测量主要有如下优点：〔1〕承受数字量传递节省很多标工(样板、样件等)。〔2〕测量设备轻松，移动便利，能进展大尺寸，简洁构造型架的安装测量。〔3〕测量精度高，省去了很多中间环节，削减了累积误差，提高了型架的安装精度且重复精度高，检修便利。〔4〕在调试安装的过程中，零件上的点的坐标值的差值(实测值与理论值的差值)实时显示，操作者能直观、便利的进展调装且速度快，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过程中需要检测的几何参数主要包括轴线偏斜度、定位装置的角度偏差、距离、平行度、垂直度以及部件外形孥日。这些几何参数的计算是通过对一些几何元素(如点、线、型面等)的测量得到的。这些几何元素的测量可直接由激光跟踪仪完成，通过把CAD模型或理论数值和实际测量值作比照来实现。激光跟踪仪测量系统测量型面操作步骤分为三局部。第一步是测前预备工作，其次局部是建立工装坐标系，第三步是在工装坐标系下测量型面隔。这三局部内容既有联系又各自独立，三局部工作可以连续进展，也可以分段进展。下面对每—个操作步骤及操作中要留意的事项作具体的介绍。121测前预备工作(1)考察测量现场；(2)跟踪仪设置；(3)作出测量汁划132建立工装坐标系确定测量坐标系可承受两种方式。一种方式承受迭代法建立坐标系，可在被测外表拾取多个基准点，然后计算生成坐标系坐标原点。所选6个基准点建立了该外表的测量坐标系6个基准点分布另一种方式是承受外加基准板或承受飞机制造基准面方式确定测量坐标系，在基准板或飞机制造基准面上选取三个以上基准点进展测量坐标系建立。假设是对整个机身测绘，要进展内外外表全部的多角度多方位测量，则承受第一种坐标系建立方式；假设要测量的型面仅是飞机的部件，则承受其次种坐标系建立方式143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测量过程(1)简洁、规章曲面的测量空间曲面是通过空间连续的点反映的，简洁、规章曲面的测量可以使用反射球在被测量物体外表接触均匀划过，通过它的空间运动轨迹来反映空间曲面。假设测量点越密说明曲面的形位越接近实际曲面，而测量点的疏密是可以通过测量软件来设定的，例如，设定的参数是2mm，则在与前—个点的空间距离为2mm处采集其次个点，通过这样的方法就得到了空间曲面的坐标。依据现场测量阅历，在对曲率变化较大的面进展测量时，应使跟踪头水平、垂直角度变化范围最小。这是由于依据仪器自身特点，影响测餐准确度最大的因素就在于它的测角，其测量误差要大于测距误差，这是在测量曲率变化较大的面时应把握的—个原则。15(2)简洁曲面的测量假设要测量的曲面局部激光无法照射过来，或者被测量的局部深深的隐蔽或凹陷在钣金件的下面，反射球无法完成检测时，可选用7Imobe解决这些问题，T_-Pmbe测量隐蔽的洞或腔可获得极高的精度。假设要检测的型面比较简洁，不便于接触测量，或者需要扫描部件各个部位用来逆向制造，可选用T_Sc蛐，它可以快速扫描各种材质或者简洁的外表。操作人员手持靶标测量时，靶标的移动速度和加速度对测量精度将产生影响，速度过快会使光束折断，虽然跟踪仪有断光续接功能，但是它是以牺牲确定的精度为代价的。同时应尽量避开测量点的振动以及气流的扰动。16结果处理实际测量值形成点云，拟合成曲面，把实现测量结果与CAD理论数据比较，依据偏差数据生成颜色表示测量结果。计算测得的几何元素间的相对位置关系(距离、角度等)，查看关键部位的特征符合状况(尺寸公差和几何公差等)。174数字化检测验收利用激光跟踪仪对工装连续重复测量3次，对其工装基准进展测量，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。同时，使用数字技术验证关键定位器，利用量规对工装进展实际检查等。最终选择适合自己的报告格式，打印测量报告作为验收依据。18远景