現(xiàn)代幾何量測量技術(shù)的核心是坐標(biāo)測量技術(shù)，是衡量一個國家精密制造和測量水平的重要標(biāo)志。隨著工業(yè)現(xiàn)代化進程的發(fā)展领靖，先進數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到航空制造業(yè)的各個方面俄洞，數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造槐秧、數(shù)字化裝配必然要求數(shù)字化的測量啄踊。計算機技術(shù)、CAD技術(shù)刁标、計算數(shù)學(xué)的發(fā)展促進了測量方法和手段由傳統(tǒng)測量技術(shù)向現(xiàn)代測量技術(shù)轉(zhuǎn)變颠通，向數(shù)字化、自動化命雀、柔性化蒜哀、通用化方向發(fā)展斩箫。坐標(biāo)測量技術(shù)的基本原理吏砂，即從數(shù)學(xué)角度看任何形狀都是由空間點組成的，所有的幾何量測量都可歸結(jié)為空間點的測量乘客，精確測出被測零件表面的點在空間的坐標(biāo)值狐血，將這些點的坐標(biāo)值進行計算機數(shù)據(jù)處理，擬合形成測量元素易核，經(jīng)過數(shù)學(xué)計算得出其形狀匈织、位置公差及其他幾何量數(shù)據(jù)。自1956年第一臺現(xiàn)代意義上的坐標(biāo)測量機誕生以來牡直，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展圣掷，直角坐標(biāo)測量技術(shù)已成熟，具有精度高甜芭、功能完善等優(yōu)勢匿贴，在中小尺寸工業(yè)零件的幾何量檢測中占有絕對統(tǒng)治地位。非直角(便攜式)坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)臂式坐標(biāo)測量機霸臂、激光跟蹤儀耗述、iGPS、三維照相測量系統(tǒng)辈拔、全站儀等妒彭，在大尺寸測量、現(xiàn)場測量等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1-3]匙典。
坐標(biāo)測量技術(shù)在飛機制造領(lǐng)域的應(yīng)用
　　1 三坐標(biāo)測量機
　　綜合來看幕笋，坐標(biāo)測量技術(shù)可以分為接觸式和非接觸式兩大類，其中接觸式坐標(biāo)測量的典型代表是三坐標(biāo)測量機宜箩，用觸發(fā)測頭或掃描測頭采集幾何元素上一些點的坐標(biāo)值垮川，再由軟件按一定評定準(zhǔn)則算出這些幾何元素的尺寸、形狀戴卜、相對位置等逾条。坐標(biāo)測量機一般由主機琢岩、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及探測系統(tǒng)所組成师脂，為傳統(tǒng)的直角坐標(biāo)框架式結(jié)構(gòu)担孔，包括移動橋式和固定橋式坐標(biāo)測量機、龍門式坐標(biāo)測量機吃警、懸臂式坐標(biāo)測量機等[1,4]糕篇。
　　三坐標(biāo)測量機的突出特點是高精度，可達到μm級酌心，非常適合測量具有復(fù)雜形狀拌消、精度要求很高的零件，在航空制造領(lǐng)域的典型應(yīng)用就是航空發(fā)動機葉片安券、葉盤的檢測（圖1）墩崩。

　　葉片、葉盤是航空發(fā)動機的核心零件侯勉，其數(shù)量多鹦筹、外形復(fù)雜。葉片的空間尺寸精度要求高（精度達到10μm以睦，甚至lμm）泌醋，外形和定位復(fù)雜。葉盤一般采用高強度難加工材料滤钠，葉片薄赌拒、扭曲度大、葉展長祠裸，葉片間的通道深而窄贵郎、開敞性差。如何高效蒜丙、高精度地檢測葉片因饥、葉盤一直是測量技術(shù)所面臨的難題之一。隨著坐標(biāo)測量技術(shù)的發(fā)展溯童，三坐標(biāo)測量機已成為葉片请立、葉盤檢測的最主要、最可靠手段求馋。國外已普遍采用三坐標(biāo)測量機進行葉片捐憔、葉盤檢測。高精度三坐標(biāo)測量機（選配數(shù)控精密轉(zhuǎn)臺）迫筑、專業(yè)葉片分析和評價軟件是葉片宪赶、葉盤檢測的必備條件（圖2）。

　　國內(nèi)航空葉片三坐標(biāo)測量機檢測法的一般流程是：首先建立測量坐標(biāo)系脯燃，航空葉片的坐標(biāo)系按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)原則確定搂妻；按照設(shè)計要求在同一直角坐標(biāo)系中對葉身的不同截面依次測量一系列離散點的坐標(biāo)值（X蒙保，Y，Z）欲主；將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè)葉片分析軟件如Blade Pro邓厕，進行各種幾何參數(shù)的計算分析。由于葉片的外形彎曲扁瓢、扭轉(zhuǎn)變化復(fù)雜详恼，定位基準(zhǔn)面相對于葉身往往很小，葉身既有形狀誤差要求引几，也有位置誤差要求昧互，建立基準(zhǔn)的微小偏差往往會引入很大的測量誤差。因此葉片的測量定位和測量坐標(biāo)系的建立伟桅、葉身前后緣輪廓的檢測和評價是葉片測量技術(shù)的難點机凭。國內(nèi)不少機構(gòu)在航空葉片檢測領(lǐng)域展開研究，取得了不少成果泣幼，如西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計與集成制造重點實驗室對葉片葉盤檢測方法飘含、測量路徑規(guī)劃等展開的研究[5-6]燃悍。
　　2 三維數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)[7-11]
　　三維數(shù)字?jǐn)z影測量又稱數(shù)字近景工業(yè)攝影測量几垃，是基于計算機視覺方法的非接觸式三維測量技術(shù)的典型代表〖保基本原理是通過1臺（或者多臺）高分辨率的數(shù)字像機對被測物攝影劈狼，采用回光反射標(biāo)志得到物體的二維數(shù)字影像，根據(jù)不同位置的數(shù)字影像可以解算出相機間的位置和姿態(tài)關(guān)系猩吕，經(jīng)過計算機圖像處理后可以得到目標(biāo)點的空間坐標(biāo)值（X艺崔，Y，Z）脸掘。
　　攝影測量設(shè)備方便攜帶藕壹，適用于現(xiàn)場測量，非常適合飛機裝配現(xiàn)場零部件的檢測纷臊。測量時工件測量坐標(biāo)系往往與飛機設(shè)計坐標(biāo)系并不重合椿访，為便于進行點云數(shù)據(jù)的后置處理，需要在完成測量點的三維坐標(biāo)解算后將該工件測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為飛機設(shè)計坐標(biāo)系虑润。因此在拍攝準(zhǔn)備時采用特殊反光標(biāo)記對若干特征點（至少3個）進行標(biāo)定成玫，這些特征點在飛機設(shè)計坐標(biāo)系中具有準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)，且易于觀測及拍攝拳喻。在拍攝階段對這些標(biāo)記了的特征點進行重點拍攝哭当，通過拍攝中采集的坐標(biāo)系特征點完成向飛機設(shè)計坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，最終獲得飛機部件外形三維點云冗澈，以此點云為基礎(chǔ)钦勘，匹配飛機設(shè)計數(shù)模陋葡，實現(xiàn)部件外形準(zhǔn)確度精準(zhǔn)檢測、空間位姿解算彻采、裝配質(zhì)量評估等目的脖岛。
　　國外有關(guān)三維數(shù)字?jǐn)z影測量的研究、應(yīng)用及商品已很成熟颊亮，如美國GSI公司的V-STARS系統(tǒng)柴梆、挪威Metronor公司的Metronor系統(tǒng)和德國AICON 3D公司的DPA-Pro系統(tǒng)等。GSI公司的V-STARS系統(tǒng)精度最高终惑，10m范圍內(nèi)測量精度可以達到0.05mm（圖3）沸根。

　　3 激光跟蹤儀[1,12]
　　激光跟蹤儀是典型的球坐標(biāo)系的坐標(biāo)測量系統(tǒng)（圖4），利用激光干涉系統(tǒng)（IFM）及反射鏡組成測距系統(tǒng)诊拦，繞兩個軸轉(zhuǎn)動的角度編碼器確定兩個極角瘟百，形成一個完整的球坐標(biāo)測量系統(tǒng)。精密的角度編碼器霹糜、斷光再續(xù)技術(shù)和激光跟蹤技術(shù)使得激光跟蹤儀可以在工業(yè)環(huán)境下動態(tài)跟蹤靶標(biāo)進行空間坐標(biāo)測量掺变，可以用來測量靜止目標(biāo)，跟蹤和測量移動目標(biāo)或它們的組合淳篡。

　　激光跟蹤儀是目前國內(nèi)使用最為廣泛的大空間高精度測量設(shè)備帆骗，由于激光跟蹤儀利用激光測距，測距精度很高些援，主要是角度編碼器隨著距離的加大引入的位置誤差的席，所以跟蹤儀本身主要是角度誤差。在標(biāo)準(zhǔn)測量條件下准徘，激光跟蹤儀是目前大空間測量精度最高的測量設(shè)備赁至，在測量范圍內(nèi)（一般<50m），坐標(biāo)重復(fù)測量精度達到5μm/m洛退，絕對坐標(biāo)測量精度達到10μm/m[1]（圖5）瓣俯。

　　4 室內(nèi)GPS[9-10,13]
　　20世紀(jì)末，美國ArcSecond公司開發(fā)了基于全球定位系統(tǒng)(GPS)理念的室內(nèi)GPS兵怯，成為一種兼具高精度彩匕、高可靠性和高效率的三維坐標(biāo)測量技術(shù)，為大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)的對接和裝配提供了一種新的途徑摇零。
　　iGPS 由激光發(fā)射器推掸、傳感器以及傳輸系統(tǒng)組成，激光發(fā)射器（圖5）發(fā)射出兩個呈扇形的激光面驻仅，這兩個激光扇面在工作區(qū)域高速旋轉(zhuǎn)谅畅。每個發(fā)射器有特定的旋轉(zhuǎn)頻率，根據(jù)接收器所能接收到的激光，它能夠?qū)λ浇羌按怪苯沁M行測量毡泻。通過幾個不同發(fā)射器的組合胜茧，利用三角形原理可以計算出測量點的三維坐標(biāo)。測量一個點最少需要兩個發(fā)射器仇味，發(fā)射器越多呻顽，測量越精確。在大空間中使用時区为，誤差能夠保證在70~100μm[14]喇纬。
　　圖6是iGPS 的應(yīng)用，被測目標(biāo)位于場地的中央嫂衅，激光發(fā)射器固定在便攜式三角架頂端凯书，這些發(fā)射的位置是隨意布置的，只要保證所有的測量點被覆蓋灌龄。

　　同激光跟蹤儀相比咬恨，iGPS 系統(tǒng)的優(yōu)越性在于可進行多目標(biāo)定位；允許多用戶同時使用文鸽；可在單一空間坐標(biāo)系完成測量任務(wù)邀漩；擴展系統(tǒng)的成本較低。
　　5 激光雷達
　　激光雷達是一種球坐標(biāo)系的測量系統(tǒng)纹词，是雷達技術(shù)與激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物绿踱。它將一束聚焦的紅外激光投向被測目標(biāo)，在被測目標(biāo)上會產(chǎn)生大量的反射光束轩鸭，根據(jù)入射激光返回雷達所經(jīng)歷的時間得出被測目標(biāo)與激光雷達的距離陋住。被測目標(biāo)的方位角和仰角分別由反射鏡和旋轉(zhuǎn)頭獲取漏设，將獲得的球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)墨闲，即可獲得被測目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)[15]。
　　激光雷達的主要特點是：測量精度高郑口，20m范圍內(nèi)其三維誤差可以達到0.02~0.2mm鸳碧，測量半徑最大可以達到60m；能夠?qū)崿F(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集犬性，掃描速度可達4000pts/s瞻离；可快速安裝，實現(xiàn)便攜移動式現(xiàn)場測量;具備非接觸式激光線掃描和單點測量CMM(坐標(biāo)測量機)兩種模式乒裆；多臺激光雷達裝置可建立統(tǒng)一的測量坐標(biāo)系套利。
　　結(jié)束語
　　坐標(biāo)測量技術(shù)已經(jīng)是一門應(yīng)用領(lǐng)域多、跨學(xué)科鹤耍、技術(shù)性強的系統(tǒng)工程肉迫。隨著新的工業(yè)和民用需求的出現(xiàn)和發(fā)展，基于新型測感原理和技術(shù)的傳感器件和測頭系統(tǒng)的需求和應(yīng)用也會越來越多。一個重要的趨勢就是基于激光喊衫、電磁跌造、超聲、半導(dǎo)體感光等新型物理感應(yīng)技術(shù)越來越多的應(yīng)用于測量設(shè)備中湘搀，使得各種基于非接觸測量原理的便攜式坐標(biāo)測量系統(tǒng)蓬勃發(fā)展起來尾丑，并且將在今后的坐標(biāo)測量技術(shù)中起到越來越重要的作用[1-2]。
　　軟件越來越強大渐仓，軟件性能已成為反映坐標(biāo)測量機整體性能的重要因素熔淘。基于CAD技術(shù)的檢測方法悄慨、測量路徑規(guī)劃和優(yōu)化韧仓、測量數(shù)據(jù)的自動分析和評價等功能已成為現(xiàn)代測量軟件的必備。結(jié)合攝像傳感測頭的圖像識別技術(shù)也將會得到大量應(yīng)用俘汹，包括有CAD模型的比較辨識和沒有CAD模型的智能抽取辨識臊链，它們將極大提高測量的速度和智能化水平。另外軟件功能的模塊化苇均、網(wǎng)絡(luò)化侄掠、多能化，將使測量真正成為企業(yè)制造系統(tǒng)閉環(huán)的一部分溯鱼。

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