[发明专利]一种用于飞机装配工装数字化测量的激光跟踪仪设站方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空制造中的飞机工装制造领域，具体来说，是一种用于飞机装配工装数字化测量的激光跟踪仪设站方法。

背景技术

激光跟踪仪由于具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，广泛地应用于飞机装配工装的安装测量及定期检查过程中。由于飞机装配工装尺寸较大、结构复杂，夹具和定位件数量众多，因而需要布置的光学目标点数量相当多，加之工装操作人员一般凭经验来放置激光跟踪仪，当光学路径被遮挡或者一次设站不能测量所有光学目标点时，需反复调整激光跟踪仪的站位，导致多次转站，降低工作效率，影响测量精度。因此，需要研究激光跟踪仪设站技术，以提高飞机装配工装制造效率。

激光跟踪仪的设站研究，就是在给定空间中寻找用于测量所有光学目标点的设站位置，使得激光跟踪仪转站次数最少，而且光学路径不被空间设备阻挡，从而缩短测量时间，提高测量效率。

但是现有技术方案存在一些不足：

（1）没有同时考虑激光跟踪仪参数和干涉检查；

（2）缺乏快速有效的设站位置搜索方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种用于飞机装配工装数字化测量的激光跟踪仪设站方法，实现数字化环境中激光跟踪仪设站的模拟，测量过程的监控，为实际操作提供真实可靠的设站位置数据，保证用最少的设站次数，测量到最多的光学目标点，并且光学路径不受空间设备阻碍。本发明一种用于飞机装配工装数字化测量的激光跟踪仪设站方法，具体通过下述步骤实现：

一种用于飞机装配工装数字化测量的激光跟踪仪设站方法，基于CATIA环境，通过下述步骤实现：

步骤1：在CATIA环境中导入飞机装配工装数字化模型，交互选择飞机工装的支撑平面；

步骤2：输入激光跟踪仪的测距dist(mm)、最大俯角α_max(°)、最大仰角β_max(°)、跟踪器高度h(mm)、水平摆角γ_max(°)、型架工作台高度h_t(mm)及激光跟踪仪工作台高度h_l(mm)等参数；

步骤3：计算支撑平面的二维包围盒；

根据步骤1输入的支撑平面，计算支撑平面的二维包围盒，并获得支撑平面指向装配工装的法矢方向；

步骤4：获得初始搜索输入点；

将步骤3所获得的包围盒沿支撑平面法矢方向平移h，作为激光跟踪仪跟踪仪放置位置的初始搜寻范围；

将初始搜寻范围按照每100mm布置1个站位点的精度进行离散，获得的所有点作为站位搜索的输入点；

步骤5：读入所有光学目标点的坐标，依次创建输入点与各光学目标点的连线；

在步骤5中，当创建连线完毕后，计算连线长度，如果连线长度大于测距dist(mm)，则抛弃该输入点；

在步骤5中，当排除不符合测距要求的输入点之后，计算连线与步骤1所选择的支撑平面的夹角，当夹角大于0°时，该角为仰角，如果该夹角大于最大仰角β_max(°)，则该输入点不符合输入参数限制，抛弃该输入点；当夹角小于等于0°时，该角为俯角，如果该夹角大于最大俯角α_max(°)，则抛弃该输入点；

步骤6：通过步骤5获得满足测距和俯仰角要求的输入点之后，依次判断输入点与各光学目标点的连线是否与数字环境中的其他设备发生干涉，即判断激光跟踪仪的光线是否会受空间设备阻隔，如果是，则排除该设站输入点；

步骤7：通过以上步骤，可获得各个站位与其对应的光学目标点，然后通过聚类算法合并所有可用站位，然后通过模拟退火算法计算求得最少站位；

步骤8：如果求得的最少站位个数为0，则输入工装或跟踪仪的工作台高度，将搜索平面的高度对应减少或增加所输入的高度值，转到步骤3，直到求得可用站位，转步骤9；

步骤9：将激光跟踪仪载入到所求得的最佳设站位置处。

通过上述方法，可实现激光跟踪仪设站位置的自动求解，即在CATIA中交互选择装配工装的支撑平面之后，由本文提出的方法自动计算最优的激光跟踪仪设站位置。

本发明的优点在于：

（1）本发明一种用于飞机装配工装数字化测量的激光跟踪仪设站方法，充分考虑激光跟踪仪测距、最大俯仰角等参数，并进行跟踪仪光线与空间设备的干涉检查，能够充分发挥激光跟踪仪设备的功能，达到较好的测量效果；