【編者按】激光跟蹤儀被譽(yù)為移動(dòng)式三坐標(biāo)測量機(jī)治拿，它是基于球坐標(biāo)系的便攜式坐標(biāo)測量系統(tǒng)充贿，具有測量精度高湘搀、實(shí)時(shí)快速、動(dòng)態(tài)測量潭灯、便于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)焙逝。

復(fù)合材料因其具有較高的比強(qiáng)度、比剛度话弹、良好抗疲勞性年笋、可設(shè)計(jì)性等優(yōu)異特性，在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用味专。隨著飛機(jī)數(shù)字化制造技術(shù)的進(jìn)步及復(fù)合材料制造工藝的發(fā)展雌她，數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化制造等技術(shù)正逐步成為復(fù)合材料制造的核心技術(shù)数荤。與復(fù)合材料數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合政用，復(fù)合材料零件的數(shù)字化檢測成為控制復(fù)合材料零件質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[1-4]。

傳統(tǒng)的復(fù)合材料零件檢測方法是制作檢驗(yàn)樣板赂牍，檢測精度低翰鲸、效率低、成本高相速。隨著數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展碟渺，便攜式坐標(biāo)測量系統(tǒng)，特別是激光跟蹤儀的出現(xiàn)突诬，為復(fù)合材料零件的數(shù)字化檢測提供了必要技術(shù)手段苫拍。

激光跟蹤儀測量系統(tǒng)組成及測量原理

激光跟蹤儀被譽(yù)為移動(dòng)式三坐標(biāo)測量機(jī)，它是基于球坐標(biāo)系的便攜式坐標(biāo)測量系統(tǒng)旺隙，具有測量精度高绒极、實(shí)時(shí)快速、動(dòng)態(tài)測量蔬捷、便于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)垄提。

激光跟蹤儀可以測量目標(biāo)點(diǎn)距離和水平、垂直方向偏轉(zhuǎn)角周拐。其基本原理是在目標(biāo)位置上安置一個(gè)反射器铡俐，激光跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上并返射回到跟蹤頭，當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)妥粟，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準(zhǔn)目標(biāo)审丘。同時(shí)，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收犀进，用來測算目標(biāo)的空間位置嵌鳖。總之膊节，激光跟蹤儀是通過測量一個(gè)在目標(biāo)點(diǎn)上放置的反射器的位置及裂，進(jìn)而確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)率肉。

激光跟蹤儀能直接測量出空間點(diǎn)的三維坐標(biāo)，這些三維坐標(biāo)是在激光跟蹤儀的儀器坐標(biāo)系下得到的朝财。該坐標(biāo)系定義為：以跟蹤頭中心為原點(diǎn)屏烂，以度盤上的0讀數(shù)方向?yàn)閄 軸，以度盤平面的法線向上方向?yàn)閆 軸龟栗，以右手坐標(biāo)系規(guī)則確定Y 軸，如此建立起儀器坐標(biāo)系弧泊，如圖1所示焰醇。

圖1 激光跟蹤儀測量原理圖

當(dāng)反射器離開基準(zhǔn)位置（基準(zhǔn)位置距儀器中心的距離已知），并在空間移動(dòng)時(shí)近们，激光跟蹤儀會(huì)自動(dòng)跟蹤反射器腿扒，同時(shí)記錄干涉測距值D 及垂直度盤和水平度盤上的角度值α、β 术瓮，用這3個(gè)觀測值康聂，依據(jù)公式（1）

就可得到點(diǎn)的空間三維直角坐標(biāo)（x、y胞四、z ）[2-3]恬汁。

復(fù)合材料零件的檢測

某型號(hào)飛機(jī)復(fù)合材料加強(qiáng)肋，使用傳統(tǒng)模擬量技術(shù)制造」嘉埃現(xiàn)在隨著數(shù)字化制造的需求氓侧，需要使用激光跟蹤儀檢測此零件與理論位置的偏差。

本文采用的激光跟蹤儀測量系統(tǒng)是Leica AT901-LR导狡，測量半徑80m约巷，空間長度測量不確定度15μm+6μm/m；T-probe測量半徑15m旱捧，空間長度測量不確定度7μm/m独郎。

復(fù)合材料零件的測量過程包括：測量數(shù)模的建立、測量坐標(biāo)系的建立枚赡、測量和結(jié)果分析3個(gè)步驟氓癌。

1 測量數(shù)模的建立

由于此復(fù)合材料零件使用傳統(tǒng)模擬量技術(shù)制造，沒有零件的數(shù)模痴坦，所以第一步必須建立零件的測量數(shù)模才能進(jìn)行數(shù)字化測量乃倔。

大型復(fù)合材料零件的制造過程，不同于傳統(tǒng)的金屬材料零件制造過程遏谭。由于復(fù)合材料自身的特點(diǎn)镊僚，在后期無法進(jìn)行大量的高精度的加工。所以復(fù)合材料零件成型特點(diǎn)是一體化成型思樟，后期精密加工量較少镰钦，其精度基本上完全要依靠成型模具的精度來保證径卜。而本文中的復(fù)合材料零件的成型模具的精度已經(jīng)通過檢驗(yàn)樣板的檢驗(yàn)，因此可以把成型模具作為復(fù)材零件的檢測依據(jù)箫驻。利用激光跟蹤儀測量復(fù)合材料成型模具芽茄，使用測量結(jié)果建立測量數(shù)模。

測量數(shù)模建立的過程為：首先使用激光跟蹤儀在模具上測量點(diǎn)绍挤；然后通過大量的測量點(diǎn)形成測量點(diǎn)云章神；最后由大量的測量點(diǎn)云通過擬合計(jì)算生成型面。此型面由于與零件外形型面相貼合籽榕，所以可以作為零件的測量數(shù)模爷耀。

2 測量坐標(biāo)系的建立

測量數(shù)模必需與測量的復(fù)合材料零件處在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)才可以進(jìn)行測量，所以必須建立測量坐標(biāo)系拍皮。建立的方法是在建立測量數(shù)模時(shí)歹叮，在成型模具周邊設(shè)立固定的測量點(diǎn)，使用激光跟蹤儀對這些測量點(diǎn)進(jìn)行測量铆帽，并記錄空間坐標(biāo)測量值咆耿。此測量點(diǎn)就可以作為測量坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)，任何對零件的測量都以這些測量點(diǎn)為原始基準(zhǔn)爹橱。

3 零件的測量

將復(fù)合材料零件在模具上固定好位置后萨螺，拆除模具。然后使用激光跟蹤儀測量基準(zhǔn)點(diǎn)宅荤，通過測量基準(zhǔn)點(diǎn)將零件與測量數(shù)模處于同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)屑迂。坐標(biāo)系統(tǒng)一后，開始對零件進(jìn)行檢測冯键。使用反射器直接測量零件型面惹盼，測量軟件自動(dòng)將實(shí)測數(shù)據(jù)與測量數(shù)模理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，既可以測量出零件的幾何位置惫确，還可以綜合評價(jià)整體位置在當(dāng)前坐標(biāo)系的狀態(tài)诅鹰。

4 結(jié)果分析

測量結(jié)果的影響因素主要包括：儀器精度、振動(dòng)流沦、零件擺放位置等幾個(gè)方面笋骡。儀器精度是固定因素，由于復(fù)材零件的精度要求為±1mm邢窜，遠(yuǎn)大于激光跟蹤儀的精度叮盲，因此儀器精度的影響幾乎可以忽略不計(jì)。振動(dòng)可以通過選擇激光跟蹤儀的站位控制丘隙。零件擺放位置成為影響測量結(jié)果的主要因素只忿。由于在測量過程中，復(fù)材零件的位置是由成型模具來確定的伶离，而在安裝過程中禾膀，零件不可能與模具完全貼合拣末，所以零件擺放位置必然產(chǎn)生很大的誤差，解決的方法是以零件自身為基準(zhǔn)驹柴，對測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)值擬合法的優(yōu)化處理饼瓮，這樣可以減少由于擺放位置對測量結(jié)果造成的影響。表1為擬合優(yōu)化前后的測量結(jié)果夹厌。從表1中可以看出豹爹，優(yōu)化前的測量結(jié)果與理論值偏差較大，但這些數(shù)值并不能表現(xiàn)出零件真實(shí)的情況矛纹，通過擬合優(yōu)化后帅戒，測量結(jié)果的偏差大幅減低，消除了由于擺放位置產(chǎn)生的誤差崖技。而優(yōu)化后的結(jié)果才能反映出零件真實(shí)的情況。

表1 擬合優(yōu)化前后的測量結(jié)果

結(jié)束語

數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是復(fù)合材料成型模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢钟哥，快速數(shù)字化檢測迎献，不僅解決了傳統(tǒng)模擬量傳遞的弊端，還為復(fù)合材料制造提供了有效的質(zhì)量監(jiān)控手段腻贰。

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