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基于數(shù)字化裝配的激光跟蹤儀測(cè)量應(yīng)用研究

激光制造網(wǎng)通訊員 來源:航空航天制造網(wǎng)2011-05-23 我要評(píng)論(0 )   

近年來,基于數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)和 激光 跟蹤儀數(shù)字化 測(cè)量 系 統(tǒng),采用數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝(DAM)取代實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)工裝作為飛機(jī)制造過程中新的協(xié)調(diào)方法,在航空制造企業(yè)已經(jīng)得...

        近年來,基于數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)和激光跟蹤儀數(shù)字化測(cè)量系 統(tǒng),采用數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝(DAM)取代實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)工裝作為飛機(jī)制造過程中新的協(xié)調(diào)方法,在航空制造企業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。采用激光跟蹤儀測(cè)量 系統(tǒng)對(duì)裝配工裝進(jìn)行準(zhǔn)確定位安裝前,需要對(duì)激光跟蹤儀設(shè)站進(jìn)行優(yōu)化,以避免反復(fù)調(diào)整激光跟蹤儀的放置位置,提高工作效率。由于裝配型架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較 大、定位件數(shù)量眾多,激光跟蹤儀測(cè)量過程中光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)(OPT)也相當(dāng)多,光學(xué)路徑很容易被定位件、夾具或支撐結(jié)構(gòu)遮擋,因此,如何基于數(shù)字化裝配技術(shù)對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑進(jìn)行干涉分析,以提高激光跟蹤儀的測(cè)量精度與效率,已經(jīng)成為亟需研究的問題。

  本課題在自主開發(fā)的定位件光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[4]的前期基礎(chǔ)上,對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑干涉檢測(cè)方法作了進(jìn)一步的研究,并基于CATIA二次開發(fā)技術(shù), 針對(duì)裝配型架的數(shù)字化模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑干涉問題的快速分析與預(yù)測(cè)。

  數(shù)字化測(cè)量安裝技術(shù)

  基于激光跟蹤儀的工裝數(shù)字化測(cè)量與安裝技術(shù)主要包括4個(gè)系統(tǒng):數(shù)字化建模與裝配、光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、激光跟蹤儀設(shè)站優(yōu)化[5]及激光跟蹤儀數(shù)字化測(cè)量(見圖1)。

 

   基于CATIA V5三維平臺(tái)的飛機(jī)裝配工裝數(shù)字化建模與預(yù)裝配系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的建立與預(yù)裝配,是數(shù)字化測(cè)量安裝的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)。光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系 統(tǒng)采用“偏置定位件輪廓-離散化偏置輪廓-遍歷計(jì)算尋優(yōu)”的基本方法,在工裝模型中快速進(jìn)行光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)的合理設(shè)置,并可輸出OTP點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。激光跟蹤 儀設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)可放置區(qū)域離散化處理,根據(jù)設(shè)站原則采用遺傳算法進(jìn)行快速尋優(yōu)求解。激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)對(duì)某一空間運(yùn)動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的跟蹤,以獲取光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。在裝配工裝制造過程中,根據(jù)設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)獲得激光跟蹤儀最佳放置位置,然后進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量與安裝。

激光跟蹤儀是一種多學(xué)科綜合應(yīng)用的大尺寸工業(yè)測(cè)量儀器,其測(cè)量精度主要受測(cè)角和測(cè)距的精度以及環(huán)境的影響,如圖2所示。建立相應(yīng)的技術(shù)操作規(guī)范,每次使用測(cè)量之前,應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查,判斷當(dāng)時(shí)的測(cè)量條件,并定期實(shí)施校準(zhǔn)。

 

   值得注意的是,飛機(jī)裝配型架具有結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜、尺寸比較大、夾具和定位件數(shù)量眾多、光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量為幾十或上百個(gè)等特點(diǎn),在實(shí)際測(cè)量過程中,激光跟蹤儀 與光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)之間的光學(xué)路徑往往容易被型架零件遮擋,這時(shí)就需要反復(fù)調(diào)整激光跟蹤儀的放置位置,重新設(shè)定并轉(zhuǎn)換測(cè)量坐標(biāo)系,極大地影響了裝配型架測(cè)量安裝 的整體精度,工作效率也大為降低。因此,如何在激光跟蹤儀安裝測(cè)量之前,提前對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑的通暢性進(jìn)行分析與檢測(cè),成為實(shí)際工作中困擾工裝制造人 員的一個(gè)重要難題。隨著數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝技術(shù)的深入應(yīng)用,通過數(shù)字化技術(shù),本課題基于型架三維裝配模型,在激光跟蹤儀與光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)之間建立光學(xué)路徑等效幾何 微體,并采用靜態(tài)干涉分析的辦法,對(duì)光學(xué)路徑進(jìn)行快速分析與預(yù)測(cè)。

  光學(xué)路徑干涉分析

  1 干涉分析的基本原理

  碰撞檢測(cè)(也稱為干涉分析)存在靜態(tài)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)檢測(cè),對(duì)于本課題中的激光跟蹤儀光學(xué)路徑檢測(cè),屬于靜態(tài)檢測(cè)范圍,相對(duì)比較容易。目前,碰撞檢測(cè)方法主要分為空間分解法和包圍盒層次法等兩大類[6]。

  空間分解法采用“空間分解”的方法,將建??臻g分解為體積很小的標(biāo)準(zhǔn)單元體,對(duì)占據(jù)同一單元體或相鄰單元體中的CAD模型進(jìn)行相交檢測(cè)。該方法具有存儲(chǔ)量大、靈活性較差等不足,應(yīng)用不如包圍盒層次法廣泛。

包圍盒層次法采用了“樹狀層次結(jié)構(gòu)”的方法,采用體積略大且?guī)缀涡螤詈唵蔚陌鼑斜平鼜?fù)雜的CAD模型,如圖3所示,對(duì)包圍盒進(jìn)行求交運(yùn)算,快速排除不相交部分,并且進(jìn)一步細(xì)化包圍盒重疊部分,從而在實(shí)時(shí)性與精確性之間達(dá)到平衡。

 

  2 光學(xué)路徑干涉分析方法

  一般而言,基于定位件光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)在型架裝配模型中建立OTP點(diǎn)以后,通過在激光跟蹤儀數(shù)據(jù)點(diǎn)與所有OTP點(diǎn)之間建立線段,通過人工觀察設(shè)站位置進(jìn)行直觀的合理性判斷,顯然,這種方法很難快速得到正確結(jié)果。

   為此,本課題采用了以下辦法:(1)采用進(jìn)程外應(yīng)用方式[7],運(yùn)用GetObject方法將CATIA作為一個(gè)對(duì)象連接與嵌入(Object Linking and Embedding, OLE),調(diào)用給VB程序應(yīng)用;(2)利用VB程序的循環(huán)語句控制CATIA中的內(nèi)部函數(shù),在所有的OTP點(diǎn)與激光跟蹤儀數(shù)據(jù)點(diǎn)之間建立線段,并以線段為 中心軸,生成一個(gè)截面積很?。ū鞠到y(tǒng)中為0.01mm2)的圓柱體以等效代替光線,該步程序內(nèi)部流程見圖4;(3)利用CATIA V5電子樣機(jī)(Digital Mock-Up, DMU)模塊中的空間分析(Space Analysis)功能,選擇圓柱體與型架模型進(jìn)行干涉分析,并返回檢測(cè)結(jié)果。這個(gè)功能的具體流程見圖5。

3 功能的開發(fā)與應(yīng)用

   基于光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立合理的OTP點(diǎn)之后,需要進(jìn)行激光跟蹤儀的設(shè)站工作,采用激光跟蹤儀設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)設(shè)站數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行求解尋優(yōu)前,需要輸 入OTP的三維空間坐標(biāo),由于OTP點(diǎn)數(shù)量很多,依靠人工讀取效率很低,為此,本課題開發(fā)了大量數(shù)據(jù)點(diǎn)的導(dǎo)出功能,選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn),輸出的數(shù)據(jù)如表1所 示。

 


在激光跟蹤儀設(shè)站位置的優(yōu)化過程中,工裝制造人員可能對(duì)導(dǎo)出的OTP數(shù)據(jù)表,根據(jù)實(shí)際需要添加、刪除少量OTP,或更改其坐標(biāo)數(shù)據(jù),設(shè)站優(yōu)化完成以后, 在導(dǎo)入上述修改后的OTP坐標(biāo)數(shù)據(jù)表。本課題在光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了激光跟蹤儀光學(xué)路徑干涉檢測(cè)功能。以某簡單型架的CAD模型為例, 輸入數(shù)據(jù)表創(chuàng)建OTP點(diǎn),進(jìn)行了實(shí)際操作應(yīng)用,結(jié)果如圖6所示。

  結(jié)束語

   基于激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)的裝配型架數(shù)字化安裝制造技術(shù),極大地提高了工裝的制造精度,為生產(chǎn)合格的裝配產(chǎn)品提供了前提保障,同時(shí)也對(duì)裝配工裝測(cè)量安裝過 程提出了更精確的控制要求。在以前的定位安裝的實(shí)際工作過程中,對(duì)激光跟蹤儀放置位置往往依賴于個(gè)人直覺和大量經(jīng)驗(yàn),反復(fù)進(jìn)行調(diào)試,以致測(cè)量精度和效率受 到了嚴(yán)重的影響。#p#分頁標(biāo)題#e#

  在激光跟蹤儀放置位置的設(shè)計(jì)過程中,激光跟蹤儀設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)為 型架安裝人員提供了快速、科學(xué)的指導(dǎo),提高了工作效率。針對(duì)激光跟蹤儀與光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)之間光學(xué)路徑通暢性的早期檢測(cè),以提前排除不合理的位置數(shù)據(jù)點(diǎn),避免實(shí) 際操作過程中的反復(fù)調(diào)試,本課題基于CATIA的干涉分析功能,提出了激光跟蹤儀光學(xué)路徑的干涉分析方法,為解決工裝制造工程實(shí)踐中激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)的 應(yīng)用問題提供了一種更有效的快速分析與檢測(cè)辦法。

參考文獻(xiàn)
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