激光跟踪仪航空应用PPT课件
激光跟踪仪航空应用PPT课件
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 (5) 反射器（靶标）：是激光跟踪测量系统的关键部件之一。
靶标有3种不同型号（见表一）
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 (6) 气象站：记录空气压力和温度。这些数据需要用来在计
算激光反射时是必需的，并通过串行接口被传送给联机的计 算机应用程序。 7) 测量附件：包括三角支架、手推服务小车等。支架用来固 定激光跟踪仪，调整高度，保证各种测量模式的稳定性，且 三角支架底座带轮子，可方便地移动激光跟踪仪。手推服务 小车则可装载控制器等设备，运送方便快捷。
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.4激光跟踪仪在航空制造领域的应用事例
图8 奥地利MCE科技设备制造公司的装配车间，工程师正在装配空中客车的内外部连接组件
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.4激光跟踪仪在航空制造领域的应用事例
图9 MCE的工程师在使用API激光跟踪仪对飞机机身零部件进行检测，
雷达工业：雷达表面形状的检测，雷达安装位置的检测。 重型机械行业：重要的大型部件的尺寸检测，逆向工程的应用。
随着科技的飞速发展，激光跟踪仪发展将更加广泛
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激光跟踪仪在飞机工装制造中的应用
激光跟踪仪在飞机工装制造中的应用◎李冬凯（作者单位：航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司工程技术部）在飞机工装制造过程中，数字量传递模式的应用，以全机数学模型取代了传统的样板及样件，减少了样板制造与维护环节，节约了制造成本，也避免了模拟量在传递过程中出现较大误差的问题，工装协调精度更高。
在运用计算机辅助测量系统进行工装定检时需要使用激光跟踪仪，并且是其中关键性的测量工具之一，因此有必要对其具体的应用展开探讨。
一、激光跟踪仪应用范围分析激光跟踪仪可用于坐标的建立与转换，可利用其对工装结构的外形进行几何测量或拟合，还可对数据及生成的图像进行分析与处理，通常在大型机械设备安装与调试过程中较为常用，也可应用于飞机、轮船等大型机械外形的测量，在飞机装配型架及其他设备安装与测量中也具有较高的应用价值。
此外，在测量大型焊接件外形尺寸测量时也可应用激光跟踪仪。
在卫星天线及大规模精密工程安装与测量方面，激光跟踪仪也发挥了重要作用。
二、激光跟踪仪的应用原理分析在激光跟踪仪传感器里有一个激光发生器和干涉器。
激光发生器能产生同一频率和波长的单色光。
单色光有发生干涉现象显现明暗相间的光斑影象的性质。
干涉器利用激光干涉特性测量相对距离的变化。
激光发生器的光束射入反射器再以相同的路程返回。
出射光与反射光在干涉器重叠产生干涉现象，明暗光象被感测，当反射器沿光束的方向移动，如移动1/2波长，光程变化一个波长，光斑明暗变化一次。
通过计算明暗变化的次数可计算出反射器移动的距离。
三、激光跟踪仪的测量方法1.静态目标测量法。
激光跟踪仪可用于固定状态的目标测量，主要有实测值测量及安装测量两种方法，一般在飞机工装安装测试方面此测量方式的应用率较高。
2.动态目标测量法。
针对动态变化的目标进行测量时可采用动态测量，在被测目标的型面之上，激光跟踪仪的反射器会以特定规律进行持续移动，根据时间及位置的变化设置数据采集点，且将数据呈现于三维空间当中，并进行测量数据的分类存储，可以以获取的测量值为依据进行图形的绘制或编制数控程序。
激光跟踪仪介绍课件
案例一：激光跟踪仪在汽车制造中的应用
总结词
精确测量、提高效率
详细描述
激光跟踪仪在汽车制造中主要用于对车身各部件进行精确测量，以确保它们符 合设计要求和规格。通过使用激光跟踪仪，制造商可以快速、准确地获取测量 数据，减少误差和返工，从而提高生产效率。
案例二：激光跟踪仪在航空航天领域的应用
总结词
高精度、安全性
THANK YOU
感谢聆听
更新软件
保持仪器软件更新至最新版本，以获得更好的性能和稳定性。
常见故障排除
01
02
03
测量失准
检查仪器是否校准，检查 连接线缆是否完好，重新 启动仪器尝试。
仪器无法开机
检查仪器电源是否正常， 检查电池是否需要充电或 更换。
线缆破损
如有线缆破损，及时更换 新的线缆。
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激光跟踪仪的发展趋势与展望
技术创新
详细描述
在航空航天领域，激光跟踪仪被广泛应用于飞机和航天器的制造与维护。它能够提供高精度的测量 数据，确保零 部件的精确安装和整体结构的稳定性。此外，激光跟踪仪还可以用于检测飞机表面的平滑度和光泽度，从而提高 飞行的安全性和舒适性。
案例三
总结词
高效检测、降低成本
详细描述
在大型设备安装与调试过程中，激光跟踪仪能够快速、准确地检测设备的各项参数，如设备的几何尺 寸、位置和姿态等。通过使用激光跟踪仪，工程师可以减少传统测量方法所需的时间和人力成本，提 高工作效率，同时确保设备安装的准确性和稳定性。
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激光跟踪仪的组成与性能
激光头
激光发射器
产生高精度、高稳定的激光束，用于测量和跟踪目 标。
光束控制装置
对激光束进行调制、整形和准直，确保光束质量和 稳定性。
激光跟踪仪在飞机翼下整流罩测量的应用
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald44现代飞机零组、部件其尺寸及外形的精度要求较高，保证飞机产品装配协调及其几何外形非常重要，精确测量、定位，这样才能保证航空器的安全性。
随着航空制造业的迅速发展，航空领域现代化测控技术的应用也随之快速发展，激光跟踪仪的广泛应用充分说明了一点，激光跟踪仪具有在大范围测量应用中移动性好、轻便灵活及其测量系统的高精度自动化测量的特点。
传统的测量外形方法无法保证测量精度，必然被先进的测量技术逐步取代。
1 激光跟踪仪的组成与测量技术原理1.1 激光跟踪仪的组成激光跟踪仪是集激光干涉测距技术、光电检测技术、精密机械技术、计算机技术、现代数值计算理论等于一体的新型测量仪器。
它主要是由激光跟踪头、控制器、反射器（靶标）、应用处理机及测量软件组成。
1.2 激光跟踪仪测量技术原理激光跟踪仪能够通过数字化设计模型提取的理论数据与测量获取数据的比对评价,实现零组件、部件外形的精确测量。
激光跟踪仪是基于球坐标系的空间坐标测量机, 可实现目标的静态坐标测量和动态轨迹跟踪。
激光跟踪仪的测量系统的基本原理是：激光跟踪目标反射器，通过自身的测角系统（水平测角、垂直测角）及激光绝对测距系统来确定空间点（目标反射器的空间位置）的坐标，再通过仪器自身的校准参数和气象补偿参数对过程中产生的误差进行补偿，来获取空间的坐标。
空间点的测量通常有两种方法：第一种方法是直接测量法。
将角耦棱镜置于待测点位置，再进行采数，就得到了空间点的位置；第二种方法是间接测量法。
通过测量球面或圆形，采用球心拟合或圆心拟合的方式间接得到球心和圆心点的坐标。
这种方法用于孔等角耦棱镜不能直接测量的部位。
上面这两种方法在整个测量过程中，应尽量避免气流的扰动及物体的震动，否则将影响测量结果。
2 翼下整流罩的测量应用现选取典型部件某飞机翼下整流罩，来研究采用激光跟踪仪测量的方法，该大部件具有基于模型定义（M BD）的三维理论数模（CATI A 理论模型），其外形与飞机气动外形有关，外形轮廓度要求较高。
激光跟踪仪PPT幻灯片课件
测量பைடு நூலகம்围及参数
• 水平转角： 640°（± 320°）
• 垂直转角： +80°～ -60°
• 测量距离（IFM&ADM）： > 60米
• 角度分辨率： ±0.07 "
• 加速度：
>2 g
• 最大跟踪速度：
>3 m/s
• 电子水平仪精度： ±2 "
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三维空间测量精度
• 静态： 5ppm（5µ m/m）
最大角速度：180º/s(π rad/s)
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距离测量性能
•分辨率：0.5µm/m •采样速率：16,000/s •精度(MPE)：16µm+0.8µm/m
•最大径向加速度：30m/s 2，
最大径向速度：大于25m/s
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API公司
• 美国自动精密工程公司（automated precision Inc.）。API公司在国际精密测量 领域享有很高的声誉。
坐标轴的偏转角 ，， 来确定。
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位姿特性
• 位姿精确度 • 位姿重复性
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其他测位姿特性方法
• 多激光跟踪干涉仪法（位置）
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其他测位姿特性方法
• 超声三边测量法 • 机器人在三维空间中的位置用三个固定的
超声话筒得到的距离可以得到，超声话筒 接收装在机器人上的声源发出的超声脉冲 串。 • 如果机器人有三个独立的声源，并且每个 话筒能检测到来自三个声源的脉冲串，就 能检测到机器人的姿态。
倾斜角±45，°俯仰角 ±45°，旋转角 360° •电池供电无线操作，提高了工作效率 •与其他类似仪器相比，它尺寸更小、重量更轻、使用更方
便
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三家公司产品主要性能比较
激光跟踪仪介绍资料讲解
激光跟踪仪的外观
激光跟踪系统坐标
x
如图，设P（x，y，z）为被测空间点， 假设点P 到点O 的距离为L，OP与z轴 夹角及x轴夹角已知，则有如下关系：
x L sin cos y L sin sin z L cos
测等
角度测量部分
包括方位角和高度角的角度编码器。 其工作原理类似于电子经纬仪、马达驱 动式全站仪的角度测量装置，包括水平 度盘、垂直度盘、步进马达及读数系统， 由于具有跟踪测量技术，它的动态性能 较好。
激光跟踪控制部分
由光电探测器（PSD）来完成。反 射器反射回的光经过分光镜，有一部分 光直接进入光电探测器，当反射器移动 时，这部分光将会在光电探测器上产生 一个偏移值，光电探测器根据偏移值会 自动控制马达转动直到偏移值为零，实 现跟踪反射器的目的。因此当逆反射器 在空间运动时，激光跟踪头能一直跟踪 逆反射器。
测量电路部分
该部分用于读出距离变化量和两个编码器的输出 脉冲数。与计算机之间进行大量的数据交换，计算机 进行数据处理，实时显示运动目标的三维位置。激光 跟踪器头围绕着两根正交轴旋转。每根轴具有一个编 码器用于角度测量和一只直接供电的DC电动机来进行 遥控移动。传感器头包含了一个测量距离差的单频激 光干涉测距仪（IFM），还有一个绝对距离测量的装 置（ADM）。激光束通过安装在倾斜轴和旋转轴交叉 处的一面镜子直指反射器。激光束也用作为仪器的平 行瞄正轴。挨着激光干涉仪的光电探测器（PSD）接 收部分反射光束，使跟踪器跟随反射器。
其中角度值由安装在跟踪头上的两个 编码器给出，距离值由跟踪头中的激 光干涉仪给出
激光跟踪仪工作原理
目标靶镜原理
入射靶镜的光束将沿原路返回
激光跟踪仪在飞机数字化制造过程中的应用_黄宇
方法，计量软件做为专门软件的主管 理器，负责管理激光跟踪仪、数据库、 定位系统等。图 5 为基于计量应用 软件的内部高级脚本程序语言开发 软件框图。
利用这种方法编制应用软件的 先决条件是计量软件具备控制激光 跟踪仪硬件的能力，而且在本身内部 要集成可定制的内部宏语言。PCDMIS 就是可以编制此类软件的计量 软件，图 6 为使用 PC-DMIS 编制的 辊子平行度校正程序界面。 2 基于外部脚本程序（Windows 编
34 航空制造技术·2011 年第 6 期
测量软件 用户图形界面 应用程序界面 测量程序界面
测量命令
偏差
工装及终端 执行机构
Leica 跟踪仪1 Leica 跟踪仪2 Leica 跟踪仪X
名义值
实际值 数据库
图5 基于计量应用软件的内部高级脚本程序语言开发软件框图
… …
图6 以PC-DMIS为平台编制的辊子平行度校正程序主界面
在具体的项目上体现为由一个 超级简单的 Visual Basic 应用程序控 制多台 Leica 激光跟踪仪，并将其捆 绑在一起，定向于一个站位。使用基 于外部脚本程序（其应用软件界面如 图 8 所示）编制的应用软件可以实 现同时控制 2 台 Leica 激光跟踪仪 自动测量，并实现坐标系转换、自动 检查测量点位置、与测量点理论位置 对比、输出测量结果报告。
更改的幅度，通过数字量实现全
绝对激光跟踪仪是 Leica 工业测
过程整合，可灵活地根据变化进 量系统最新推出的系列便携式测量
行调整，从而提高整体制造效率 系统，如高性能 ，它利用激光进行精确的测
Hexagon 计量产业集团麾下 量和检测，其测量范围可以包容直径
激光跟踪仪在飞机装配及工装测量中的应用
激光跟踪仪在飞机装配及工装测量中的应用摘要：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、前言为能够满足到当前项目设备的安全要求企业引入了许多的新型测量工具，激光跟踪仪是一种高精度便携式的三坐标测量设备，其的应用能够有效缩短到设备的安装时间，同时能够有效提升到设备的精度。
2、激光跟踪仪的测量技术2.1、激光跟踪仪的工作原理激光跟踪器系统的两个角度编码器自动测量目标相对于跟踪器的水平和垂直位置；通过激光干涉测量法测量目标与激光跟踪器之间的距离，并将信息通过传感器传输到激光跟踪器的控制电缆上，然后通过激光跟踪器测量目标与激光跟踪器之间的距离进行分类计算。
部分信息通过电机电缆反馈给激光跟踪器的伺服马，部分信息通过局域网传输到应用处理器并存储在数据库中。
由跟踪器获得的测量数据定义了一个完整的球坐标系统原点是跟踪的中心镜子。
依据对于三角函数公式，球面坐标系中的坐标值可以转换为笛卡尔坐标系中的坐标值系统坐标系的原点仍在万向节的中心，称为参考坐标系或局部坐标系系统参考坐标系也是开始一个新部门。
2.2、激光跟踪仪测量技术特点激光跟踪器的水平旋转角度为640度，垂直旋转角度为80度至-60度度。
这个激光跟踪器可在-10℃～-40℃的温度范围内工作，测量直径可达120米，测距精度和ADM分辨率为0.1μm，测量精度为15米（以内）10米）和1.5微米（10米以内），完全能满足飞机设备安装的需要。
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。
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航天工业：飞行器外形的检测，重要部件安装位置的检测，导轨的检 测。
汽车工业：汽车生产线的检测，白车身的检测，汽车工装检具的检测 与调整。
激光跟踪仪系统 航空应用
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1.激光跟踪仪系统
1.1激光跟踪仪系统的概念 激光跟踪测量系统（Laser
Tracker System）是工业测量 系统中一种高精度的大尺寸测量 仪器。 SMART310是Leica公司在1990 年生产的第一台激光跟踪仪， 1993年Leica公司 又推出了 SMART310的第二代产品，其 后，Leica公司还推出了LT/LTD 系列的激光跟踪仪，以满足不同 的工业生产需要。
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1.激光跟踪仪系统
1.3激光跟踪仪系统的原理 1.3.1激光跟踪的原理 当跟踪系统处于平衡状态时，如图4 所示。
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1.激光跟踪仪系统
1.3激光跟踪仪系统的原理 1.3.1激光跟踪的原理 当目标反射镜运动一个位移量后，如图5 所示。
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1.激光跟踪仪系统
1.3激光跟踪仪系统的原理
1.3.2激光跟踪仪系统坐标测量的原 理
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2.激光配工装制造中的应用 2.3.1飞机工装安装有以下特点: （1）多台激光跟踪仪同时进行测量安装型架; （2） 型架尺寸大，结构复杂，定位件多，安装周期长，
且安装好后都要按规定进行定检; （3） 型架上需安装的各定位件上都有OTP点，OTP点的
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 系统的硬件主要组成部分包括：传感器头、控制器、电动机
和传感器电缆、带LAN电缆的应用计算机以及反射器。见图
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 (1) 传感器头：读取角度和距离测量值。见图
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 2) 控制器: 包含电源、编码器和干涉仪用计数器、电动机放
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.4激光跟踪仪在航空制造领域的应用事例
图8 奥地利MCE科技设备制造公司的装配车间，工程师正在装配空中客车的内外部连接组件
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.4激光跟踪仪在航空制造领域的应用事例
图9 MCE的工程师在使用API激光跟踪仪对飞机机身零部件进行检测，
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.2激光跟踪仪系统航空领域应用发展 航天航空制造业领域，飞行器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。飞 行器的装配通常是在各部件分别安装后再进行总体装配， 在部装的某些环节和总装的整个过程中都需要进行严格的 检测。在飞行器装配过程中的测量误差可能会导致很严重 的后果，因此必须要确保航天航空领域测量的精确性。激 光跟踪测量系统的现场性和实时性以及它的高精度性都满 足了飞机行架的定位安装，飞机外形尺寸的检测，零部件 的检测，飞机的维修等工程项目的需要。 激光跟踪系统最早在我国的应用就是应用于航空制造领域， 1996 年 ， 上 飞 、 沈 飞 集 团 在 我 国 第 一 次 引 进 了 SMART310激光跟踪系统。
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.1航空技术的发展 航空制造领域对于准确与精度有着极高的要求，即便是大
型的部件，也需要极其精确地测量、定位，这样才能保证 航空器的安全性。可以说，航空航天领域对于测量精度的 要求，代表了测量领域的最高科技和最高标准。随着航空 制造业的迅速发展，飞机装配工装制造技术也发生了很大 变革，由原来的模拟量传递协调工装制造发展到数字量传 递协调工装制造，激光跟踪仪的广泛应用充分说明了这一 点。
在装配中被用来测量、校准和定位
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.4激光跟踪仪在航空制造领域的应用事例
图10 MCE工程师August Katteneder使用API的T3激光跟踪仪进行工
装测量作业
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3.激光跟踪仪系统发展趋势
激光跟踪仪作为一种高科技、高精度的工具，已不仅仅在航 空中得以广泛应用，其发展趋势也逐步向着各个方面延伸：
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 (5) 反射器（靶标）：是激光跟踪测量系统的关键部件之一。
靶标有3种不同型号（见表一）
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1.激光跟踪仪系统
1.2激光跟踪仪系统的组成 (6) 气象站：记录空气压力和温度。这些数据需要用来在计
算激光反射时是必需的，并通过串行接口被传送给联机的计 算机应用程序。 7) 测量附件：包括三角支架、手推服务小车等。支架用来固 定激光跟踪仪，调整高度，保证各种测量模式的稳定性，且 三角支架底座带轮子，可方便地移动激光跟踪仪。手推服务 小车则可装载控制器等设备，运送方便快捷。
首先以跟踪头中心为原点，建立球 坐标系，如图6 所示。
设P（x，y，z）为被测空间点假设 点P到点O的距离为L，OP与Z轴的 夹角为β，OP在xy平面内的投影与 x轴的夹角为α，则点P（x，y，z） 的表达式为：
x L sin sin
y
L
sin
sin
z L cos
大器、跟踪处理器和网卡跟踪处理器将跟踪器内的信号转化 成角度和距离观测值，通过局域网卡将数据传送到应用计算 机上，同理从计算机中发出的指令也可以通过跟踪处理器进 行转换再传送给跟踪器，完成测量操作。 (3) 电缆：传感器电缆和电动机电缆分别用来完成传感器和 电动机与控制器之间的连接。LAN电缆则用于跟踪处理器和 应用计算机之间的连接。 (4) 应用计算机：加载了工业用的专业配套软件，用来发出 测量指令和接收测量数据。
标识及坐标值由设计者在工装图纸上列出。
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.3在飞机装配工装制造中的应用 2.3.2飞机工装安装的流程: 工装安装时，流程见下图7
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2.激光跟踪仪系统航空领域的应用
2.4在全机水平测量的应用 全机水平测量的流程: 1） 建立坐标系: 2） 坐标点的测量: 3） 测量数据处理: