高清可复制 HB/Z 405-2013(2017) 激光跟踪仪安装型架工艺

　　ICS 49.040 V 18

　　HB/Z 405-2013

　　激光跟踪仪安装型架工艺

　　Process of installing jig using laser tracker

　　2013-04-25 发布 2013-09-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本指导性技术文件按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。

　　本指导性技术文件由中国航空综合技术研究所归口。

　　本指导性技术文件起草单位：中国航空综合技术研究所、陕西飞机工业(集团)有限责任公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司。

　　本指导性技术文件主要起草人：邹晓华、金晓波、梁 勇、皮付见、谭书伦、尹富成。

　　激光跟踪仪安装型架工艺

　　1 范围

　　本指导性技术文件规定了激光跟踪仪安装型架工艺的环境、测量点设计、工艺过程控制、基准转换和测量、人员和安全等要求。

　　本指导性技术文件适用于飞机装配型架的安装，其他工装的安装可参照使用。

　　2 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　2.1

　　基准工具球点 tooling ball (TB)

　　用于建立工装初始坐标系的控制点。

　　2.2

　　光学工具球点 optical tooling point (OTP)

　　用于确定工装元器件定位特性的控制点。

　　2.3

　　增强坐标系 enhance referenece system (ERS)

　　工装在制造安装过程中，从已有坐标系转化的或为计算机辅助测量(CAMS)系统专门产生的、为整个工装寿命建立的永久坐标系。

　　2.4

　　增强参考点 enhance reference points (ERP)

　　工装在制造安装过程中，为生成增强坐标系而建立的控制点。

　　注：众多的 ERP 按一定的方式拟合，形成一个增强坐标系。

　　2.5

　　球形安装反射器 spherically mounted retro-reflector (SMR)

　　激光跟踪仪的光学目标。

　　注：球形安装反射器和球座配合形成激光测量靶标。

　　2.6

　　主平面 main plane

　　对工装定位型面空间位置准确度影响最大的平面。

　　注：主要平面的确定采用比较装配工装定位型面在飞机坐标系中 XY 平面、YZ 平面及 XZ 平面内的投影面积的方法进行，即在哪个平面内的投影面积最大，哪个平面即为主要平面。

　　3 环境要求

　　使用激光跟踪仪安装型架时，对环境情况的具体要求如下：

　　a) 激光跟踪仪的工作环境温度为 4℃~35℃, 测量时应控制室内温度恒定。使用前， 应将设备与被测工件一起进行温度平衡，恒温时间不应低于 1.5h。

　　b) 应控制在海拔(0～5000)m 的范围内，相对湿度在 10%～95%。

　　c) 应无振动影响。

　　d) 应无明显气流干扰，无强电磁干扰。

　　4 测量点设计

　　4.1 设置原则

　　4.1.1 3-2-1 原则

　　一个工装元件通过三个 OTP 点控制其在空间中的位置，其中一个 OTP 点控制三个坐标值，第二个OTP 点控制两个坐标值，第三个 OTP 点控制一个坐标值。

　　4.1.2 自由度分离原则

　　在设计型架定位器时，应对六个自由度进行分离，即当调整某个自由度时，其他自由度不发生变化。注：根据空间直角坐标系互相垂直的原理，通常采用三个角板和一个平板的组合结构进行解决。

　　4.2 OTP 点的设置要求

　　4.2.1 OTP 点在平面上的设置

　　在定位平面上设置三个 OTP 点，如图 1 所示。安装 OTP 点目标的衬套孔中心到平面边缘的最小距离为 10mm，OTP 点目标中心到平面的距离为一定值，OTP 点目标间的最小距离为 40mm。当零件上的定位面的尺寸不能使 OTP 点间的距离达到 40mm 时，在定位面上设置两个靶标安装孔，其中一个孔按4.2.2 设置 OTP 点。

　　图 1 OTP 设置示意

　　4.2.2 OTP 点在工装元件孔上的设置

　　工装元件上 OTP 点的安装面小于 40mm ×40mm 时，需设置一个用于安装靶球的工艺孔(该平面有孔时可直接借用)，利用测量杆调整安装工装元件。在该工艺孔的轴线上设置两个 OTP 点。第一个OTP (OTP104)与定位面的垂直距离为一定值，第二个 OTP(OTP105)与定位面的垂直距离根据所用测量杆确定，这两个 OTP 点用于确定定位孔的轴线方向，如图 2 所示。

　　图 2 孔的设置方法

　　4.2.3 OTP 点在交点孔轴线的设置

　　在交点孔轴线方向上设置两个 OTP 点。第一个 OTP 点(OTP106)及第二个 OTP 点(OTP107)位于交点孔的转动轴线上，两 OTP 点安装在图 3 所示测量杆两端，根据交点孔的大小选用不同长度规格的测量杆。

　　OTP106

　　OTP107

　　a) 带轴肩测量杆 b) 带插销测量杆

　　图 3 交点孔轴线的设置方法

　　4.2.4 长圆孔 OTP 点的设置

　　确定长圆孔位置 OTP 点的设置方法与确定定位孔位置的方法相似，主要差别在于应给出长圆孔的方向。在长圆孔的理论中心线(长度与宽度的中心交线处)上设置两个 OTP 点。第一个 OTP 点(OTP109)与定位面的垂直距离为靶标后退量，第二个OTP 点(OTP108)与定位面的垂直距离为所用测量杆的长度， OTP108 和OTP109 用于建立长圆孔的理论方向上的向量，如图 4 所示。当这种方法使用不便时，可转换为 4.2.1 的方法或在长圆孔加工艺衬套转换为圆孔后按 4.2.2 的方法设置 OTP 点。

　　4.3 TB 点设计要求

　　TB 点是用于建立工装初始坐标系的控制点，应满足下列要求：

　　a) 三点建立坐标系原则：对于装配型架，理论上需设定在空间上不共线的三个点建立工装坐标系，这三个点位于型架的主体骨架上，且在型架上的安装面是产品的最大投影面。对于大型型架，通常在型架上布置三个以上 TB 点来建立工装坐标系。

　　b) 最大包容原则：三个 TB 点应最大限度的包容整个工装的主体结构，并应考虑视线的开敞性、安装位置的稳定性。

　　c) 3-2-1 原则：选取三个 TB 点按 3-2-1 原则建立工装初始坐标系，其余为辅助工具球点。

　　图 4 长圆孔 OTP 点的设置

　　4.4 测量点建模要求

　　采用激光跟踪仪安装方法的工装在进行三维建模设计时，应按 4.2 和 4.3 的要求建立工装元件的激光测量点。

　　4.5 测量点工装图样标识要求

　　利用激光跟踪仪安装型架的工装图样应满足下列要求：

　　a) 示意工装坐标系方向;

　　b) 标识用于建立工装基础坐标系的三个 TB 点，列出 TB 点的坐标值，不必给出公差;

　　c) 所有 TB 点和 OTP 点的坐标值是测量点靶标的中心坐标，应明确出所用靶标的偏移量;

　　d) 按 3-2-1 原则以列表的形式示出 OTP 点的理论坐标值，OTP 点应给出公差;

　　e) 应对 OTP 点和 TB 点进行编号，OTP 点编号应连续，取消的OTP 编号不应再次使用。

　　5 TB 点及 OTP 点管理要求

　　TB 点及 OTP 点在安装使用完成后，在工装上应对其进行标记和有效的管理，具体要求如下：

　　a) TB 点采用标牌式管理，型架在调整安装完 TB 点座后，每个 TB 点座旁边设置标牌，标牌上标明其编号、实测坐标值，TB 点编号应与工装图样保持一致;

　　b) 标牌上每个 TB 点的 X，Y，Z 坐标值应至少保留两位小数，TB 点座在工装制造、使用完成后应有保护措施;

　　c) 工装元件应标识出 OTP 点的编号，并与工装图样一致;

　　d) OTP 点采用不干胶标签或漏字模书写式管理，并在 OTP 点附近的工装非工作部位标记编号。

　　6 工艺控制要求

　　6.1 工艺流程

　　激光跟踪仪安装型架典型工艺流程如图 5 所示。

　　图 5 激光跟踪仪安装型架典型流程

　　6.2 安装前的准备

　　安装前准备要求如下：

　　a) 测量环境应符合第 3 章要求;

　　b) 机器应进行适当预热，在实际测量时，考虑温、湿度的变化，进行必要修正;

　　c) 按使用手册对激光跟踪仪进行适当的调节、校准，满足测量要求。

　　6.3 建立工装初始坐标系

　　建立工装初始坐标系要求如下：

　　a) 对于整体框架式型架，在框架上按 4.3 设置 TB 点，建立工装初始坐标系;

　　b) 对于分散组合式型架，在型架组合基座上按 4.3 设置 TB 点，建立工装初始坐标系。

　　6.4 检查工装坐标系

　　在工装 TB 点安装完成后，应参照附录 A 的要求建立 ERS 系统，并使用最小二乘转换，保证这些测量点满足使用要求，验证工装坐标系符合工装图样要求。

　　6.5 安装工装元件

　　根据提供的 OTP 点坐标值，安装工装元件。安装时应考虑工装元件的通路、光学视线，从里到外安装。

　　6.6 检查 OTP 点

　　在工装所有元件安装完成后，对所有按激光测量点安装的工装元件上的 OTP 点进行复查，应符合工装图样要求。

　　6.7 数据处理与输出

　　6.7.1 数据处理方式

　　利用激光跟踪仪获得型架激光测量点的实测值后，应与型架设计理论数据集进行比较、分析， 有以下 5 种处理方式：

　　a) 比较：通过比较命令，实现理论值与实测值的比较，作为验收的标准。

　　b) 建点：将实测值与理论数据的偏差实时、连续显示在计算机屏幕上。

　　c) 距离：在实际测量中分析两个几何元素之间的距离、角度等。

　　d) 基本几何元素拟合：激光跟踪仪系统可以拟合出线、面、圆、球体及圆柱等。

　　e) 编辑输入输出：测量过程中需要用到理论数据作为参考。测量数据输出到打印机， 形成书面报告，作为验收的依据。

　　6.7.2 数据输出

　　6.7.2.1 输出内容

　　数据处理后应输出测量报告，测量报告内容应包括但不限于下列内容：

　　a) 工装图号、名称、左右件等信息;

　　b) 时间、温度、人员等信息;

　　c) 测量数据，所有测量数据保留三位小数;

　　d) 对于复杂的测量系统可附图说明。

　　6.7.2.2 输出要求

　　输出内容要求如下：

　　a) 测量报告所用坐标系与工装图样所示坐标系一致;

　　b) 测量报告上所有 TB 点、ERP 点、OTP 点的编号与工装图样或工装上标识相对应;

　　c) 拟合坐标系的报告与 OTP 点的测量报告应分别示出。

　　7 基准转换和测量要求

　　7.1 坐标变换

　　坐标变换使用的参考点至少为 7 个，可接受的坐标变换结果为每一轴线均不大于 0.127mm。坐标系转换的方法主要有以下几种：

　　a) 比例：变换系统的比例尺;

　　b) 平移：移动坐标系的原点;

　　c) 旋转：旋转 X 、Y 、Z 轴的方向;

　　d) 轴对称：通过空间不共线的 3 个点，按照 3-2-1 原则形成新的坐标系;

　　e) 最佳拟合(最小二乘法转换)：通过空间不共线的 3 个或 3 个以上的点，拟合形成新的坐标系。

　　7.2 转站

　　在一次测量中，当测量工件发生移动，就需要进行精确的转站来保证测量的精度，具体方法如下：

　　a) 工具球最佳拟合建坐标系：通过将一组用工具球测量的点映射到相应参考数据点的方式进行跟踪仪重新定位;

　　b) 固定点最佳拟合建坐标系：通过将一组用固定点测量的点映射到相应参考数据点的方法进行跟踪仪重新定位;

　　c) 点云最佳拟合建坐标系：通过把一个已经测量的点云映射到相应参考数据点上的方法来进行跟踪仪重新定位。

　　8 人员、安全要求

　　8.1 操作人员应经技术培训合格后持证上岗。

　　8.2 加工操作应按相关安全要求进行。