faro激光跟踪仪工作原理实用教案.ppt

1激光跟踪(gēnzōng)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涉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单的说,￿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￿=OP￿sinβcosα•y￿=￿OP￿sinβsinα•z￿=￿OP￿cosβ•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涉仪测量这些信息经传感器电缆传给激光跟踪仪控制机，跟踪仪控制机整理计算后，一部分信息经马达电缆反馈回激光跟踪仪，控制伺服马达，使激光束始终锁定移动中的靶标；另一部分信息经局域网传输给应用(yìngyòng)处理机，储存在数据库中。

第1页/共20页第一页，共21页2激光(jīguāng)干涉仪￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿从激光(jīguāng)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涉条纹当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接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(jīguāng)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(jīguāng)干涉仪时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果￿第2页/共20页第二页，共21页3第3页/共20页第三页，共21页4第4页/共20页第四页，共21页5测量的难点(nádiǎn)及解决措施￿•1.坐标系的建立•￿￿￿￿￿￿￿￿飞机具有外形尺寸及重量大、外部结构特殊、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,￿不可断光再续,￿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,￿比如机翼、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、起落架或其他挂载挡住,￿因此在一个站位下就不可能(kěnéng)测量出所有的坐标点,￿而需多个站位、多个坐标系,￿所以单台激光跟踪仪必须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第5页/共20页第五页，共21页6•2.坐标点的测量•￿￿￿￿￿￿￿通过站位转换,￿能测量到全机所有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,￿通过多次采样,￿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,￿比如对于机身侧面的标点就可以采用这种方式;•2)间接测量法,￿通过测量球面或圆形,￿采用球心或圆心拟合方式间接测出球心或圆心的点的坐标,￿比如对于机翼、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,￿可以采取间接测量方式•￿￿￿3.批次测量•由于站位转换要花费大量的时间,￿为了保证在所有的站位都可以测到转站基点(jīdiǎn),￿有时对基点(jīdiǎn)位置需要进行多次调整,￿而对于批产飞机,￿由于产量大,水平测量工作量比较大,￿若每次测量都要重新设置基点(jīdiǎn),￿显然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(jīdiǎn),￿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(jīdiǎn),￿而利用原基点(jīdiǎn)即可实现多架次、多批次测量,￿提高了测量效率第6页/共20页第六页，共21页7全机水平(shuǐpíng)测量数据处理及结果验证￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿在全机水平测量(cèliáng)前,￿首先要查出全机水平测量(cèliáng)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(cèliáng)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(cèliáng)值与理论值之间的差异,从而得到标点的偏离情况,￿同时,￿计算出全机大部件的安装角、倾斜角等￿第7页/共20页第七页，共21页8影响(yǐngxiǎng)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、精度及可靠性,￿具有操作简单、人为干扰因素少、多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：激光干涉仪测量误差；角编码器测量误差激光干涉仪分辨率为0．001￿26￿mm，角编码器分辨率为0．14”理论上，在不超过10￿m测量范围内，激光跟踪仪系统误差不超过0．01￿mm但随着测量距离增大，系统误差也将增大；第二方面￿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原因(yuányīn)提高附件制造精度，定期检修靶标及附件是控制上述测量误差的有效措施第8页/共20页第八页，共21页9•2环境因素•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿温度、气压、气流的波动、空气(kōngqì)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，测量时应控制室内温度恒定，不要把仪器摆在厂房门口、空调旁边保持空气(kōngqì)清洁，不要把仪器摆放在地板接缝处或地基不牢处，避免测量区域附近有振源，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，提高和增强操作人员的素质和责任心是减小由操作人员产生测量误差的有效措施。

第9页/共20页第九页，共21页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）￿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，能进行大尺寸(chǐ￿cun)，复杂结构型架的安装测量￿￿￿（3）测量精度高，省去了许多中间环节，减少了累积误差，提高了型架的安装精度且重复精度高，检修方便￿￿￿（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、方便的进行调装且速度快，大幅度缩短工装的试制周期第10页/共20页第十页，共21页11激光跟踪(gēnzōng)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对比来实现激光跟踪仪测量系统测量型面操作步骤分为三部分第一步是测前准备工作，第二部分是建立工装坐标系，第三步是在工装坐标系下测量型面隔。

这三部分内容既有联系(liánxì)又各自独立，三部分工作可以连续进行，也可以分段进行下面对每—个操作步骤及操作中要注意的事项作详细的介绍第11页/共20页第十一页，共21页121￿￿测前准备(zhǔnbèi)工作(1)考察测量(cèliáng)现场；(2)跟踪仪设置；(3)作出测量(cèliáng)汁划第12页/共20页第十二页，共21页132￿￿建立(jiànlì)工装坐标系 确 定 测 量 坐 标 系 可 采 用 ( c ǎ i y ò n g ) 两 种 方 式 一 种 方 式 采 用( c ǎ i y ò n g ) 迭 代 法 建 立 坐 标 系 ， 可 在 被 测 表 面 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 表 面 的 测 量 坐 标 系 6 个 基 准 点 分 布 另 一 种 方 式 是 采用 ( c ǎ i y ò n g ) 外 加 基 准 板 或 采 用 ( c ǎ i y ò n g ) 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 行 测 量 坐 标 系 建 立 。

如 果 是 对 整 个 机身 测 绘 ， 要 进 行 内 外 表 面 全 部 的 多 角 度 多 方 位 测 量 ， 则 采 用( c ǎ i y ò n g ) 第 一 种 坐 标 系建 立 方 式 ； 若 要 测 量 的 型 面 仅 是 飞 机 的 部 件 ， 则 采 用( c ǎ i y ò n g ) 第 二 种 坐 标 系 建 立 方式第13页/共20页第十三页，共21页143￿￿￿测量(cèliáng)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)简单、规则曲面的测量￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿空间曲面是通过空间连续的点反映的，简单、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过，通过它的空间运动轨迹来反映空间曲面如果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处采集第二个点，通过这样的方法就得到了空间曲面的坐标根据现场测量经验，在对曲率变化较大的面进行( jìnxíng)测量时，应使跟踪头水平、垂直角度变化范围最小。

这是因为根据仪器自身特点，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—个原则第14页/共20页第十四页，共21页15(2)￿￿复杂曲面的测量￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿若要测量的曲面部分激光无法照射过来，或者被测量的部分深深的隐藏或凹陷在钣金件的下面，反射球无法完成检测时，可选用7Imobe解决这些问题，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复杂的表面操作人员(rényuán)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，但是它是以牺牲一定的精度为代价的同时应尽量避免测量点的振动以及气流的扰动第15页/共20页第十五页，共21页16结果(jiē￿guǒ)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，按照偏差(piānchā)数据生成色彩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情况(尺寸公差和几何公差等)。

第16页/共20页第十六页，共21页174￿￿数字化检测(jiǎn￿cè)验收￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿利用激光跟踪仪对工装连续重复(chóngfù)测量3次，对其工装基准进行测量，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时，使用数字技术验证关键定位器，利用量规对工装进行实际检查等最后选择适合自己的报告格式，打印测量报告作为验收依据第17页/共20页第十七页，共21页18远￿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传统测量方法，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，根据不同的测量任务和用户需求(xūqiú)，通过制定专用测量方案，并把数字化标准工装11啦用到飞机的装配测量中，将能突破我国飞机制造／装配技术中的薄弱环节，彻底改变我国几十年来沿袭的飞机装配协调方法，使我国飞机设计制造体系实现行业的跨越式发展第18页/共20页第十八页，共21页19￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿谢谢谢谢(xiè￿xie)！！第19页/共20页第十九页，共21页20感谢您的观看(guānkàn)！第20页/共20页第二十页，共21页。

内容(nèiróng)总结1但随着测量距离增大，系统误差也将增大提高附件制造精度，定期检修靶标及附件是控制上述测量误差的有效措施这些(zhèxiē)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对比来实现若要测量的型面仅是飞机的部件，则采用第二种坐标系建立方式把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感谢您的观看第二十一页，共21页。