石玺
中航飞机西安飞机工业（集团）有限责任公司 陕西省西安市阎良区 710089
摘要：随着科技的进步和社会的发展，激光跟踪仪逐渐被应用在各个领域，其中在飞机装配以及工装测量方面的应用更是促进了我国航天事业的发展，基于此，本文通过对激光跟踪仪测量技术以及在飞机设备安装方面的相关阐述，探讨了激光跟踪仪在工装测量精度的控制。
关键字：激光跟踪仪 飞机装配 工装测量 应用
1、引言
随着社会的发展和科技的进步，越来越多的企业加强对作业安全、设备安全等方面的重视并更加注重对新科技的使用。而作为一种新型的、高精度的、便携式的三坐标测量设备，激光跟踪仪以其独特的优势被应用在飞机装配以及工装测量之中，从而有效的缩短了设备的安装实际并在一定程度上提升了工装设备的测量精度。
2、激光跟踪仪的测量技术
2.1激光跟踪仪的工作原理
简单来说，激光跟踪仪主要是通过一台以激光为测距手段并通过放射标靶的仪器，由于该仪器具有两个轴转动的测角机构，并可以形成一个较为完整的球坐标测量系统，因此可以应用该仪器测量静止、跟踪测量以及移动目标的测量以及他们的组合。对于工业测量系统而言，激光跟踪测量系统是一种测量精度较高且仪器较大的仪器之一，其主要包括了光电探测技术、激光干涉测距技术、计算机及控制技术、精密机械技术以及现代数值计算理论等先进科学技术，可以准确的对空间运动目标进行跟踪以及实时测量目标的空间三维坐标，不仅精度高、效率高而且仪器操作简单、安装快捷等优势，特别适合对于大尺寸工装测量。控制器、激光跟踪头(跟踪仪)、反射器(靶镜) 、用户计算机以及其他测量附件是激光跟踪测量系统主要构成部分，其工作原理主要是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。换而言之，激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。不过需注意的是，由于激光跟踪仪是利用激光测距，所以测距精度很高，但角度编码器随着距离的加大带来的位置误差亦很大，所以跟踪仪本身就会出现一定的角度误差。再加上，激光容易受大气温度、压力、湿度及气流流动的影响，所以大气参数的补偿对此仪器的正常使用十分关键。
2.2激光跟踪仪技术指标
激光跟踪仪器的水平旋转角度应当控制在640度，垂直旋转角度应当在+80—-60度之间，并且可以在-10—40摄氏度的温度范围内使用，测量直径可以达到一百二十米，ADM 分辨率以及测距精度均为0.1μm ，测量精度10米以内为15μm ，10米以外为1.5μm 。总之激光跟踪仪各项技术指标完全可以满足飞机装配的需求。
3、在飞机设备安装中的应用
3.1仪器测量控制网的布设
对于激光跟踪仪在飞机装配方面的应用而言，由于激光跟踪器单次的测量范围无法满足相关测量要求，所以，需要多个网站来对其进行整体评估。故而，需要通过相关仪器不设精密的三维控制网，另外，对于仪器自身的使用条件而言，其测角误差要远远大于测距误差，而且飞机装配空间较为狭长，此时测角误差势必会给测量精准度带来极大影响，因此，为了确保飞机装配按照精度必须要通过建立高精度三维边网平差模型。
3.2备安装基础预控处理
为了确保设备运行平稳以及底座安装精度，所以所进行的基础处理必须要确保设备二次灌浆和混凝土基础顶面粘接牢固，另外，在进行底座安装之前应当将其表面的砂浆层铲除。除此以外，在座浆垫板的施工过程中，为了确保相关操作严格按照相关要求如设备的水平度以及高差公差必须要满足规范要求才能进行安装，因此需要激光跟踪仪参与其中。为了确保座浆垫板安装工序过程中在安装底座时为了便于后期的调整，可以通过仪器先将组合垫板的高度及水平调整到位或者将底座放置的位置在基础上标记出来，从而有效的降低后期使用时间的浪费。
3.3飞机装备的调整应用
随着科技的进步和社会的发展，飞机装配也逐渐由传统的型架变为多维运动的转配单元，并通过先进的控制以及测量技术可以对转配进行群控，甚至精准的实现了对飞机的柔性转配，有效的提升了飞机装配效率。而激光跟踪仪作为大尺寸测量的首先设备，因此其被广泛的应用在飞机装配中，尤其是对于飞机大部件对接中。譬如，我国支线飞机ARJ21则是首个大规模使用激光跟踪仪以及数字化三维设计的飞机，通过CATIA软件，构建该飞机的整体三维数字化模型，从而确保每个零件在飞机坐标系下都具有其各自的三维坐标，然后通过激光跟踪仪照射到被测点上，在仪器收到反射回的激光束之后，利用编码器进行计算，进而测出被测点的三维坐标，最后通过比较分析得出被测点的位置与理论位置之间的误差。通过激光跟踪仪在ARJ21飞机的装配中的应用，不仅实现了飞机装配的数字化测量，而且还可以精准的检查机翼在装配后相关位置误差等，提升飞机装配效率。
四、测量精度的控制
4.1测量环境
对于飞机一些机械设备的安装中由于会出现各种交叉作业情况，现场施工环境会较为复杂，所以，在使用激光跟踪仪进行装配过程中需要注意以下几点：第一，要确保仪器测量控制网站转站点以及测站的稳定性，而且对于长时间处于作业状态下的检查转战点应尽可能避免附近大型物件的吊装，从而确保测量精准度；第二，科学合理的使用气象传感器。在现场施工过程中尤其要注意对温度的控制，那是因为，温度不仅会影响到测量精度，而且温度的变化所造成的测量结果是很难加以更改的，印尼次，必须要按照仪器相关要求严格的对温度进行控制。
4.2仪器正确使用
第一，在使用仪器之前应当提前对仪器进行预热处理，并在预热完成之后对现场进行检查，确保仪器处于正常的测量状态以及对环境温度进行严格控制。第二，对于IFM以及ADM的选择方面，首先要充分了解其功能，较IFM而言，ADM可以有效的提升测量速度，但是精度不高，因此，对于测量环境较好且不易断光的环境下应尽可能采用IFM。第三，对于靶球以及其附件的选择方面，应当对其所对应的各项常数进行了解，并确保靶球和其附件的清洁干净；第四，在进行工装测量过程中，操作人员应当对靶球到一起的俯仰角进行掌握。在持靶测量中应注意靶标的运行速度对测量精度的影响，速度不宜过快，另外，操作人员和控制人员必须要配合默契，从而有效降低测量误差。第五，在测量中应当保持多余观测，从而有效的降低粗差以及受环境影响较大的测量数据误差。
总而言之，激光跟踪仪在飞机装配以及工装测量中的应用不仅可以有效的提升飞机装配的按照速度，而且还可以有效提升测量精度，所以，在飞机装配以及工装测量方面激光跟踪仪的应用将是其未来发展的主要趋势。
参考文献
[1]李志强,郑璐晗,段巍,等.用于激光焊接的装配工装及其装配工艺:,2020.
[2]王巍,陈泽宇.基于激光跟踪仪的工装调装检测技术研究[J].机械工程师,2020,No.345(03):12-14+18.
[3]杨新良、张学振、温端画、陈健.大型水陆两栖飞机翼身对接偏心孔精加工工艺研究与应用[J].航空制造技术,2020,v.63(20):91-98.