關(guān)于超大型工件的高精度裝配

在某些領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)中，涉及到使用超大型工件漏健。超大型工件往往具備體積龐大非凌、以及重量巨大的特點，且基于生產(chǎn)對于質(zhì)量的要求瀑焦，工件的制造和裝配公差都有著嚴格的限定腌且，故而工件整體的裝配精度較難通過使用傳統(tǒng)的方式得以保障梗肝。

經(jīng)生產(chǎn)實踐總結(jié)，使用激光跟蹤儀對這類體積重量超大铺董、且裝配公差要求嚴苛的工件進行精度檢測巫击，是效率最高、效果最佳精续、且經(jīng)濟效益最為突出的方案坝锰。

激光跟蹤儀（Laser Tracker），可用于大尺寸高精度的3D測量檢測重付，測量半徑往往可以達到數(shù)十米什黑，綜合測量精度在微米級別（μm，1/1000mm）境猜，且使用較為靈活伺罗，只需將儀器架設(shè)在待測工件旁合適的位置，使用內(nèi)置棱鏡的靶球碰觸待測位置胸叠，跟蹤儀會射出激光至靶球中心并鎖定奇巍、跟蹤、讀取碰觸位置點的空間坐標并記錄在軟件债烹，通過這些采集到的點的空間坐標含罪，即可構(gòu)建各類線、面闪侨、體惠服，從而對相應(yīng)的形位公差進行精準分析，達到測量檢測的效果挑明。

圖1：API品牌Radian系列激光跟蹤儀（RadianPro/Plus/Core）

值得關(guān)注的要點

雖然激光跟蹤儀精度高断猩、覆蓋范圍廣，但是在針對一些數(shù)十米及百米以上超大型工件的裝配作業(yè)時沪翔，仍然有一些要點值得關(guān)注和總結(jié)肪瘤，以便更好地發(fā)揮激光跟蹤儀的特性，進一步提升裝配精度和質(zhì)量：

1.精度標準的統(tǒng)一

雖在激光跟蹤儀的有效工作范圍內(nèi)潮瓶，都可以實現(xiàn)和達到裝配精度標準陶冷，但近端測量精度高于遠端測量精度這一現(xiàn)象，是基于激光跟蹤儀本身工作原理及特性客觀存在的毯辅。

這種現(xiàn)象的產(chǎn)生埂伦，是因為激光跟蹤儀測量時存在角度誤差，同樣角度的偏差思恐，在遠端造成的測量不確定度范圍會遠大于其近端的測量不確定度沾谜。

如圖2所示，激光跟蹤儀在測量近端平面P1和遠端平面P2時壁袄，其激光在平面上的投射點理論上應(yīng)分別為圓心A和圓心B类早；但由于激光跟蹤儀角度誤差α的存在媚媒，激光就有可能被投射在圓C和圓F面積范圍內(nèi)的任意一點；而圓C和圓F的面積范圍內(nèi)涩僻，即分別為跟蹤儀測量近端平面P1和遠端平面P2時的測量不確定度缭召；通過右下角正面視圖觀察，圓F的面積要遠大于圓C的面積逆日，即：遠端的測量不確定范圍要遠大于近端的測量不確定范圍嵌巷。

生產(chǎn)中，工件整體的裝配精度要求是統(tǒng)一的芭贬；那么當使用激光跟蹤儀單站裝配一個超大工件時恋都，即便通常情況下其近、遠端精度都可以滿足需求坚呜，但處于不同位置段的裝配點仍然會處于不同的精度標準之中程伞；如果需要精益求精、進一步提升裝配精度闸虹、使工件各段處于同一精度標準下暴既，就需要對單一跟蹤儀遠端較大的測量誤差范圍加以控制。

圖2：激光跟蹤儀角度誤差示意圖

2.站點間的關(guān)系

測量超出激光跟蹤儀測量范圍的工件敌痴、或是測量工件遮擋面時磁饮，往往需要將激光跟蹤儀移動到另一個位置，來獲得足夠的測量覆蓋范圍溪臊。即：實施“轉(zhuǎn)站”作業(yè)减少。

如圖3，轉(zhuǎn)站時镊鹊，需在兩站都可觀測到的位置設(shè)置“轉(zhuǎn)站點”（通常為4個點）填抬，使用激光跟蹤儀在兩個站點分別測量這些“轉(zhuǎn)站點”，然后通過軟件的“最佳擬合”功能霉旗，將兩站帶入同一坐標系進行測量痴奏。

使用“轉(zhuǎn)站點”+“最佳擬合”功能來進行轉(zhuǎn)站測量，優(yōu)勢在于較為快捷厌秒，可以通過轉(zhuǎn)1-2站，就實現(xiàn)對常規(guī)尺寸工件測量范圍的全覆蓋擅憔，并同時滿足測量精度要求鸵闪。

但當裝配超大型工件時，如果使用最佳擬合轉(zhuǎn)站的方式暑诸，每新增一個站點蚌讼，就會將前方各站點的誤差進行累積，即：設(shè)置的站位越多个榕，測量誤差越大篡石，并繼續(xù)造成各裝配點精度標準的不統(tǒng)一芥喇。

可見，超大型工件的裝配對于跟蹤儀站點之間的相互關(guān)系的誤差凰萨，也有著嚴苛的要求继控。

圖3：激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站示意圖

API超大型工件高精度裝配解決方案

經(jīng)總結(jié)與實踐，以下文介紹的案例為參考笤碍，可以使用激光跟蹤儀進行平差測量的方法來滿足廣大用戶對于超大型工件裝配極致高精度表現(xiàn)的要求况饥。

圖4：標的超大型工件結(jié)構(gòu)及尺寸示意圖

測量案例：累加總長超過100米的超大不規(guī)則形狀工件的高精度裝配。

工件特征&測量要求：如圖4所示支赖，待測標的工件各段累加總長超過100米荸冒；要求裝配整體最大允許誤差為0.3mm。

儀器的選用：根據(jù)本次測量的要求和工件特征访跪，選用了APIRadian Pro激光跟蹤儀作為執(zhí)行作業(yè)的設(shè)備扬饰。RadianPro激光跟蹤儀集成有IFM干涉激光，其測距精度達到1/10000mm級別化威，高于激光跟蹤儀綜合精度（1/1000mm級別）这疟。

圖5：跟蹤儀平差測量站位設(shè)置及數(shù)據(jù)采集示意圖

測量步驟&要點

01

第一步：分析工件特征&設(shè)置站點

根據(jù)工件的特征，在最合適的位置醋躏，設(shè)置多個激光跟蹤儀站點虹婿，形成對工件測量范圍的優(yōu)質(zhì)覆蓋。設(shè)置站點時擒买，需考慮本文上述的激光跟蹤儀的近端精度優(yōu)勢特征朝刊、以及IFM跟蹤儀的測距優(yōu)勢特征，盡可能地在最佳測量范圍內(nèi)正面工件設(shè)定跟蹤儀站位（見圖5示意）蜈缤。

02

第二步：數(shù)據(jù)采集

如圖5示意拾氓，跟蹤儀在每一站，都分別對可視范圍內(nèi)設(shè)置的所有待測點進行測量采數(shù)底哥，形成數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)咙鞍，并綜合記錄于軟件，用于最終的平差及分析趾徽。

03

第三步：數(shù)據(jù)平差與分析

待數(shù)據(jù)采集完畢后续滋，在軟件中可進行設(shè)置，將所有數(shù)據(jù)捆綁進行平差分析孵奶，并以優(yōu)勢站位的跟蹤儀采集的數(shù)據(jù)為較高權(quán)重疲酌，在統(tǒng)一精度標準及統(tǒng)一坐標系下得到最終的整體測量結(jié)果。

▼以下視頻全程記錄了本案中超大工件測量裝配的過程：

結(jié) 論

實際測量驗證：總長超過100米的超大不規(guī)則形狀工件了袁，整體裝配精度被控制在0.2mm以內(nèi)朗恳，充分滿足公差要求。

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