[發明專利]一種用于飛機裝配工裝數字化測量的激光跟蹤儀設站方法

有效

• 申請號: 201310283517.1
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103353277A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 鄭國磊;許璟琳;曹巍;吳發明;張奕忱;邱益
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及航空制造中的飛機工裝制造領域，具體來說，是一種用于飛機裝配工裝數字化測量的激光跟蹤儀設站方法。

背景技術

激光跟蹤儀由于具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，廣泛地應用于飛機裝配工裝的安裝測量及定期檢查過程中。由于飛機裝配工裝尺寸較大、結構復雜，夾具和定位件數量眾多，因而需要布置的光學目標點數量相當多，加之工裝操作人員一般憑經驗來放置激光跟蹤儀，當光學路徑被遮擋或者一次設站不能測量所有光學目標點時，需反復調整激光跟蹤儀的站位，導致多次轉站，降低工作效率，影響測量精度。因此，需要研究激光跟蹤儀設站技術，以提高飛機裝配工裝制造效率。

激光跟蹤儀的設站研究，就是在給定空間中尋找用于測量所有光學目標點的設站位置，使得激光跟蹤儀轉站次數最少，而且光學路徑不被空間設備阻擋，從而縮短測量時間，提高測量效率。

但是現有技術方案存在一些不足：

（1）沒有同時考慮激光跟蹤儀參數和干涉檢查；

（2）缺乏快速有效的設站位置搜索方法。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提出一種用于飛機裝配工裝數字化測量的激光跟蹤儀設站方法，實現數字化環境中激光跟蹤儀設站的模擬，測量過程的監控，為實際操作提供真實可靠的設站位置數據，保證用最少的設站次數，測量到最多的光學目標點，并且光學路徑不受空間設備阻礙。本發明一種用于飛機裝配工裝數字化測量的激光跟蹤儀設站方法，具體通過下述步驟實現：

一種用于飛機裝配工裝數字化測量的激光跟蹤儀設站方法，基于CATIA環境，通過下述步驟實現：

步驟1：在CATIA環境中導入飛機裝配工裝數字化模型，交互選擇飛機工裝的支撐平面；

步驟2：輸入激光跟蹤儀的測距dist(mm)、最大俯角α_max(°)、最大仰角β_max(°)、跟蹤器高度h(mm)、水平擺角γ_max(°)、型架工作臺高度h_t(mm)及激光跟蹤儀工作臺高度h_l(mm)等參數；

步驟3：計算支撐平面的二維包圍盒；

根據步驟1輸入的支撐平面，計算支撐平面的二維包圍盒，并獲得支撐平面指向裝配工裝的法矢方向；

步驟4：獲得初始搜索輸入點；

將步驟3所獲得的包圍盒沿支撐平面法矢方向平移h，作為激光跟蹤儀跟蹤儀放置位置的初始搜尋范圍；

將初始搜尋范圍按照每100mm布置1個站位點的精度進行離散，獲得的所有點作為站位搜索的輸入點；

步驟5：讀入所有光學目標點的坐標，依次創建輸入點與各光學目標點的連線；

在步驟5中，當創建連線完畢后，計算連線長度，如果連線長度大于測距dist(mm)，則拋棄該輸入點；

在步驟5中，當排除不符合測距要求的輸入點之后，計算連線與步驟1所選擇的支撐平面的夾角，當夾角大于0°時，該角為仰角，如果該夾角大于最大仰角β_max(°)，則該輸入點不符合輸入參數限制，拋棄該輸入點；當夾角小于等于0°時，該角為俯角，如果該夾角大于最大俯角α_max(°)，則拋棄該輸入點；

步驟6：通過步驟5獲得滿足測距和俯仰角要求的輸入點之后，依次判斷輸入點與各光學目標點的連線是否與數字環境中的其他設備發生干涉，即判斷激光跟蹤儀的光線是否會受空間設備阻隔，如果是，則排除該設站輸入點；

步驟7：通過以上步驟，可獲得各個站位與其對應的光學目標點，然后通過聚類算法合并所有可用站位，然后通過模擬退火算法計算求得最少站位；

步驟8：如果求得的最少站位個數為0，則輸入工裝或跟蹤儀的工作臺高度，將搜索平面的高度對應減少或增加所輸入的高度值，轉到步驟3，直到求得可用站位，轉步驟9；

步驟9：將激光跟蹤儀載入到所求得的最佳設站位置處。

通過上述方法，可實現激光跟蹤儀設站位置的自動求解，即在CATIA中交互選擇裝配工裝的支撐平面之后，由本文提出的方法自動計算最優的激光跟蹤儀設站位置。

本發明的優點在于：

（1）本發明一種用于飛機裝配工裝數字化測量的激光跟蹤儀設站方法，充分考慮激光跟蹤儀測距、最大俯仰角等參數，并進行跟蹤儀光線與空間設備的干涉檢查，能夠充分發揮激光跟蹤儀設備的功能，達到較好的測量效果；