近年來，基于數(shù)字化設計制造技術和激光跟蹤儀數(shù)字化測量系 統(tǒng)，采用數(shù)字化標準工裝（DAM）取代實物標準工裝作為飛機制造過程中新的協(xié)調(diào)方法，在航空制造企業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應用[1-3]。采用激光跟蹤儀測量 系統(tǒng)對裝配工裝進行準確定位安裝前，需要對激光跟蹤儀設站進行優(yōu)化，以避免反復調(diào)整激光跟蹤儀的放置位置，提高工作效率。由于裝配型架結構復雜、尺寸較 大、定位件數(shù)量眾多，激光跟蹤儀測量過程中光學目標點（OPT）也相當多，光學路徑很容易被定位件、夾具或支撐結構遮擋，因此，如何基于數(shù)字化裝配技術對激光跟蹤儀光學路徑進行干涉分析，以提高激光跟蹤儀的測量精度與效率，已經(jīng)成為亟需研究的問題。

　　本課題在自主開發(fā)的定位件光學目標點數(shù)字化設計系統(tǒng)[4]的前期基礎上，對激光跟蹤儀光學路徑干涉檢測方法作了進一步的研究，并基于CATIA二次開發(fā)技術， 針對裝配型架的數(shù)字化模型，實現(xiàn)了對激光跟蹤儀光學路徑干涉問題的快速分析與預測。

　　數(shù)字化測量安裝技術

　　基于激光跟蹤儀的工裝數(shù)字化測量與安裝技術主要包括4個系統(tǒng)：數(shù)字化建模與裝配、光學目標點數(shù)字化設計、激光跟蹤儀設站優(yōu)化[5]及激光跟蹤儀數(shù)字化測量（見圖1）。

　 　基于CATIA V5三維平臺的飛機裝配工裝數(shù)字化建模與預裝配系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)數(shù)字化標準工裝的建立與預裝配，是數(shù)字化測量安裝的基礎技術平臺。光學目標點數(shù)字化設計系 統(tǒng)采用“偏置定位件輪廓-離散化偏置輪廓-遍歷計算尋優(yōu)”的基本方法，在工裝模型中快速進行光學目標點的合理設置，并可輸出OTP點的坐標數(shù)據(jù)。激光跟蹤 儀設站優(yōu)化系統(tǒng)對可放置區(qū)域離散化處理，根據(jù)設站原則采用遺傳算法進行快速尋優(yōu)求解。激光跟蹤儀測量系統(tǒng)對某一空間運動點進行靜態(tài)或動態(tài)的跟蹤，以獲取光學目標點的空間坐標。在裝配工裝制造過程中，根據(jù)設站優(yōu)化系統(tǒng)獲得激光跟蹤儀最佳放置位置，然后進行數(shù)字化測量與安裝。

激光跟蹤儀是一種多學科綜合應用的大尺寸工業(yè)測量儀器，其測量精度主要受測角和測距的精度以及環(huán)境的影響，如圖2所示。建立相應的技術操作規(guī)范，每次使用測量之前，應對儀器進行現(xiàn)場檢查，判斷當時的測量條件，并定期實施校準。

　 　值得注意的是，飛機裝配型架具有結構相當復雜、尺寸比較大、夾具和定位件數(shù)量眾多、光學目標點數(shù)量為幾十或上百個等特點，在實際測量過程中，激光跟蹤儀 與光學目標點之間的光學路徑往往容易被型架零件遮擋，這時就需要反復調(diào)整激光跟蹤儀的放置位置，重新設定并轉換測量坐標系，極大地影響了裝配型架測量安裝 的整體精度，工作效率也大為降低。因此，如何在激光跟蹤儀安裝測量之前，提前對激光跟蹤儀光學路徑的通暢性進行分析與檢測，成為實際工作中困擾工裝制造人 員的一個重要難題。隨著數(shù)字化標準工裝技術的深入應用，通過數(shù)字化技術，本課題基于型架三維裝配模型，在激光跟蹤儀與光學目標點之間建立光學路徑等效幾何 微體，并采用靜態(tài)干涉分析的辦法，對光學路徑進行快速分析與預測。

　　光學路徑干涉分析

　　1　干涉分析的基本原理

　　碰撞檢測（也稱為干涉分析）存在靜態(tài)檢測與動態(tài)檢測，對于本課題中的激光跟蹤儀光學路徑檢測，屬于靜態(tài)檢測范圍，相對比較容易。目前，碰撞檢測方法主要分為空間分解法和包圍盒層次法等兩大類[6]。

　　空間分解法采用“空間分解”的方法，將建模空間分解為體積很小的標準單元體，對占據(jù)同一單元體或相鄰單元體中的CAD模型進行相交檢測。該方法具有存儲量大、靈活性較差等不足，應用不如包圍盒層次法廣泛。

包圍盒層次法采用了“樹狀層次結構”的方法，采用體積略大且?guī)缀涡螤詈唵蔚陌鼑斜平鼜碗s的CAD模型，如圖3所示，對包圍盒進行求交運算，快速排除不相交部分，并且進一步細化包圍盒重疊部分，從而在實時性與精確性之間達到平衡。

　　2　光學路徑干涉分析方法

　　一般而言，基于定位件光學目標點數(shù)字化設計系統(tǒng)在型架裝配模型中建立OTP點以后，通過在激光跟蹤儀數(shù)據(jù)點與所有OTP點之間建立線段，通過人工觀察設站位置進行直觀的合理性判斷，顯然，這種方法很難快速得到正確結果。

　 　為此，本課題采用了以下辦法：（1）采用進程外應用方式[7]，運用GetObject方法將CATIA作為一個對象連接與嵌入（Object Linking and Embedding, OLE），調(diào)用給VB程序應用；（2）利用VB程序的循環(huán)語句控制CATIA中的內(nèi)部函數(shù)，在所有的OTP點與激光跟蹤儀數(shù)據(jù)點之間建立線段，并以線段為 中心軸，生成一個截面積很小（本系統(tǒng)中為0.01mm2）的圓柱體以等效代替光線，該步程序內(nèi)部流程見圖4；（3）利用CATIA V5電子樣機（Digital Mock-Up, DMU）模塊中的空間分析（Space Analysis）功能，選擇圓柱體與型架模型進行干涉分析，并返回檢測結果。這個功能的具體流程見圖5。

3　功能的開發(fā)與應用

　 　基于光學目標點數(shù)字化設計系統(tǒng)建立合理的OTP點之后，需要進行激光跟蹤儀的設站工作，采用激光跟蹤儀設站優(yōu)化系統(tǒng)對設站數(shù)據(jù)點進行求解尋優(yōu)前，需要輸 入OTP的三維空間坐標，由于OTP點數(shù)量很多，依靠人工讀取效率很低，為此，本課題開發(fā)了大量數(shù)據(jù)點的導出功能，選取相應的數(shù)據(jù)點，輸出的數(shù)據(jù)如表1所 示。

在激光跟蹤儀設站位置的優(yōu)化過程中，工裝制造人員可能對導出的OTP數(shù)據(jù)表，根據(jù)實際需要添加、刪除少量OTP，或更改其坐標數(shù)據(jù)，設站優(yōu)化完成以后， 在導入上述修改后的OTP坐標數(shù)據(jù)表。本課題在光學目標點數(shù)字化設計系統(tǒng)的基礎上開發(fā)了激光跟蹤儀光學路徑干涉檢測功能。以某簡單型架的CAD模型為例， 輸入數(shù)據(jù)表創(chuàng)建OTP點，進行了實際操作應用，結果如圖6所示。

　　結束語

　 　基于激光跟蹤儀測量系統(tǒng)的裝配型架數(shù)字化安裝制造技術，極大地提高了工裝的制造精度，為生產(chǎn)合格的裝配產(chǎn)品提供了前提保障，同時也對裝配工裝測量安裝過 程提出了更精確的控制要求。在以前的定位安裝的實際工作過程中，對激光跟蹤儀放置位置往往依賴于個人直覺和大量經(jīng)驗，反復進行調(diào)試，以致測量精度和效率受 到了嚴重的影響。#p#分頁標題#e#

　　在激光跟蹤儀放置位置的設計過程中，激光跟蹤儀設站優(yōu)化系統(tǒng)為 型架安裝人員提供了快速、科學的指導，提高了工作效率。針對激光跟蹤儀與光學目標點之間光學路徑通暢性的早期檢測，以提前排除不合理的位置數(shù)據(jù)點，避免實 際操作過程中的反復調(diào)試，本課題基于CATIA的干涉分析功能，提出了激光跟蹤儀光學路徑的干涉分析方法，為解決工裝制造工程實踐中激光跟蹤儀測量系統(tǒng)的 應用問題提供了一種更有效的快速分析與檢測辦法。

參考文獻
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