專利名稱：高精度飛機(jī)全機(jī)數(shù)字化三維水平測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光三坐標(biāo)測量系統(tǒng)，尤其涉及一種高精度飛機(jī)全機(jī)數(shù)字化三維水平測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
飛機(jī)水平測量是利用水平測量點(diǎn)來對飛機(jī)各個(gè)部件相對位置、部件安裝質(zhì)量及其在使用過程中變形情況的檢查確認(rèn)。水平測量點(diǎn)是在部件裝配時(shí)在部件表面規(guī)定的位置上，按型架專用指示器做出的用于測量的記號(涂紅漆的沖點(diǎn)、特制鉚釘、螺釘?shù)?，它實(shí)際上是將飛機(jī)理論軸線轉(zhuǎn)移到了部件表面的相應(yīng)位置作為測量依據(jù)。因此，在測量過程中只要檢驗(yàn)這些點(diǎn)的相對位置，就可以確定各部件裝配的相對位置是否符合要求，這對于飛機(jī)總裝和外形質(zhì)量的控制有著重要意義。目前國內(nèi)飛機(jī)水平測量的工作是以傳統(tǒng)光學(xué)測量儀器為主，使用的測量工具包括水準(zhǔn)儀、光學(xué)經(jīng)緯儀、鋼卷尺等，先是通過經(jīng)緯儀和水平儀來測量機(jī)翼下的關(guān)鍵點(diǎn)和機(jī)身前后關(guān)鍵點(diǎn)，以測量工作人員手工測量方式獲得上述測量點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)，再計(jì)算出這些點(diǎn)在機(jī)身坐標(biāo)軸方向上的偏差來調(diào)整飛機(jī)的水平狀態(tài)，在飛機(jī)全機(jī)調(diào)水平之后，再進(jìn)行其他關(guān)鍵點(diǎn)的測量，以檢測飛機(jī)相關(guān)部件的安裝精度等。飛機(jī)水平測量所涉及的制造、裝配環(huán)節(jié)眾多，對測量精度的影響較大。而這種傳統(tǒng)的測量方法，具有測量精度差、工作量大、耗時(shí)長、效率低、人為因素影響多、對大型飛機(jī)實(shí)施困難等諸多缺點(diǎn)，使得水平測量無法真正起到提高質(zhì)量的作用，因此，利用先進(jìn)的技術(shù)手段來進(jìn)行測量是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將IGPS (indoor GPQ技術(shù)和激光雷達(dá)技術(shù)集成應(yīng)用于大飛機(jī)水平測量中， 實(shí)現(xiàn)了高效率、高精度的數(shù)字化水平測量，使得飛機(jī)在任意姿態(tài)下，都能夠獲得同一坐標(biāo)系下全機(jī)各水平點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，能夠通過計(jì)算獲得各水平點(diǎn)之間的相互位置關(guān)系，能夠根據(jù)水平點(diǎn)建立全機(jī)機(jī)身中軸面和對稱面，能夠?qū)y量數(shù)據(jù)和CAD數(shù)模進(jìn)行對比，獲得各水平點(diǎn)變形量及飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼等部位變形程度。一種飛機(jī)全機(jī)數(shù)字化三維水平測量系統(tǒng)系統(tǒng)，其特征在于該測量系統(tǒng)由室內(nèi) GPS、激光雷達(dá)和高穩(wěn)定性升降臺(tái)所組成，IGPS和激光雷達(dá)聯(lián)機(jī)操作，計(jì)算機(jī)作控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)平臺(tái)，“飛機(jī)全機(jī)水平測量系統(tǒng)軟件”作為整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制軟件，操控IGPS 和激光雷達(dá)聯(lián)機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)全機(jī)數(shù)字化水平測量；計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由三臺(tái)計(jì)算機(jī)組成室內(nèi)GPS控制主機(jī)、雷達(dá)控制主機(jī)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，雷達(dá)控制主機(jī)完成雷達(dá)的控制、測量及數(shù)據(jù)處理；室內(nèi)GPS控制主機(jī)完成GPS的控制、測量及數(shù)據(jù)處理工作；數(shù)據(jù)管理服務(wù)器用于管理數(shù)據(jù)文件，三機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和管理?！帮w機(jī)全機(jī)水平測量系統(tǒng)軟件”能夠操控整個(gè)水平測量系統(tǒng)聯(lián)機(jī)工作，能夠?qū)崿F(xiàn)測量、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)設(shè)置、文件導(dǎo)入、生成、打印測量報(bào)告等功能。軟件可以在普通用戶和高級用戶模式之間切換，具有用戶賬戶管理功能和飛機(jī)架次管理功能，能根據(jù)定義的用戶權(quán)限實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能；軟件具有綜合設(shè)定的功能，如自定義坐標(biāo)系；自定義長度、角度或者弧度等單位，軟件輸出結(jié)果以worcUExcel或pdf等格式輸出；輸出的報(bào)表、文檔的安全性符合相關(guān)保密要求，軟件設(shè)計(jì)總體流程如圖1所示。


圖1軟件設(shè)計(jì)總體流程圖2 IGPS激光發(fā)射器和激光雷達(dá)的聯(lián)機(jī)工作原理框3 IGPS激光發(fā)射器和激光雷達(dá)在測量現(xiàn)場的整體布局設(shè)計(jì)如4 IGPS接觸式測量圖5激光雷達(dá)非接觸式測量圖6飛機(jī)水平點(diǎn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果附圖標(biāo)記(A)標(biāo)準(zhǔn)桿(B)裝在便攜式三角架上的IGPS激光發(fā)射器(C)布置在地面上的激光發(fā)射器(D)數(shù)據(jù)管理服務(wù)器(E)激光雷達(dá)(F) IGPS移動(dòng)式控制主機(jī)(G)激光雷達(dá)移動(dòng)式控制主機(jī)(H) IGPS 測頭(I)待測飛機(jī)(J) IGPS 測頭(K)置于升降臺(tái)上的激光雷達(dá)
具體實(shí)施例方式1系統(tǒng)總體布局根據(jù)飛機(jī)總裝后外形尺寸的要求、觀察點(diǎn)的位置及自動(dòng)化程度要求，對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了集成設(shè)計(jì)。IGPS激光發(fā)射器和激光雷達(dá)的聯(lián)機(jī)工作原理框圖如圖2所示，IGPS激光發(fā)射器和激光雷達(dá)在測量現(xiàn)場的整體布局設(shè)計(jì)如圖3所示。2飛機(jī)水平測量坐標(biāo)系建立(1) IndoorGPS測量坐標(biāo)系建立首先分別測量飛機(jī)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后利用管理軟件中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換夾角計(jì)算功能算出飛機(jī)測量坐標(biāo)系與hdoorGPS測量坐標(biāo)系關(guān)于χ軸、y軸的夾角，再將hdoorGPS系統(tǒng)坐標(biāo)系分別繞χ軸、y軸旋轉(zhuǎn)各自的角度，即可獲得IGPS測量坐標(biāo)系。(2)激光雷達(dá)坐標(biāo)系建立采用激光雷達(dá)默認(rèn)坐標(biāo)系。(3)將IGPS與激光雷達(dá)坐標(biāo)系統(tǒng)一，統(tǒng)一后的坐標(biāo)系為飛機(jī)測量坐標(biāo)系。3測量水平點(diǎn)采用IGPS和激光雷達(dá)相結(jié)合方式完成水平點(diǎn)測量，IGPS完成機(jī)下點(diǎn)測量，激光雷達(dá)完成機(jī)身上表面水平點(diǎn)測量。hdoorGPS可以使用測頭對十字交叉點(diǎn)進(jìn)行接觸式測量(圖4)，機(jī)身上比較高的測量點(diǎn)以及機(jī)頭前部蒙皮下某些點(diǎn)的測量將使用延長桿測量，機(jī)背上水平點(diǎn)由于位置高而深，用延長桿也無法接觸，采用激光雷達(dá)來進(jìn)行非接觸測量(圖5)。4水平點(diǎn)數(shù)據(jù)處理水平點(diǎn)測量后，可導(dǎo)入被測飛機(jī)的CAD模型，進(jìn)行數(shù)模擬合，使被測點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)值與這些點(diǎn)的理論坐標(biāo)值進(jìn)行比較，自動(dòng)產(chǎn)生比較結(jié)果，并用不同顏色顯示(圖6)。最后完成水平測量報(bào)告。技術(shù)指標(biāo)測量范圍2%iX15mX6m，360度(掃描范圍內(nèi))。測量精度(1)飛機(jī)全機(jī)水平測量精度0. Imm(IOmX IOm范圍內(nèi))。(2)在40mX40m的范圍內(nèi)iGPS系統(tǒng)精度滿足0. 2_。(3)激光雷達(dá)空間的測量精度Co)。
權(quán)利要求
1. 一種飛機(jī)全機(jī)數(shù)字化三維水平測量系統(tǒng)系統(tǒng)，其特征在于該測量系統(tǒng)由室內(nèi)GPS、 激光雷達(dá)和高穩(wěn)定性升降臺(tái)所組成，IGPS和激光雷達(dá)聯(lián)機(jī)操作，計(jì)算機(jī)作控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)平臺(tái)，“飛機(jī)全機(jī)水平測量系統(tǒng)軟件”作為整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制軟件，操控IGPS和激光雷達(dá)聯(lián)機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)全機(jī)數(shù)字化水平測量；計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由三臺(tái)計(jì)算機(jī)組成室內(nèi)GPS控制主機(jī)、雷達(dá)控制主機(jī)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，雷達(dá)控制主機(jī)完成雷達(dá)的控制、測量及數(shù)據(jù)處理；室內(nèi)GPS控制主機(jī)完成GPS的控制、測量及數(shù)據(jù)處理工作；數(shù)據(jù)管理服務(wù)器用于管理數(shù)據(jù)文件，三機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和管理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)全機(jī)數(shù)字化三維水平測量系統(tǒng)系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)由室內(nèi)GPS、激光雷達(dá)和高穩(wěn)定性升降臺(tái)所組成，IGPS和激光雷達(dá)聯(lián)機(jī)操作，計(jì)算機(jī)作控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)平臺(tái)，“飛機(jī)全機(jī)水平測量系統(tǒng)軟件”作為整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制軟件，操控IGPS和激光雷達(dá)聯(lián)機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)全機(jī)數(shù)字化水平測量；計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由三臺(tái)計(jì)算機(jī)組成室內(nèi)GPS控制主機(jī)、雷達(dá)控制主機(jī)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，雷達(dá)控制主機(jī)完成雷達(dá)的控制、測量及數(shù)據(jù)處理；室內(nèi)GPS控制主機(jī)完成GPS的控制、測量及數(shù)據(jù)處理工作；數(shù)據(jù)管理服務(wù)器用于管理數(shù)據(jù)文件，三機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和管理。該技術(shù)測量系統(tǒng)精度高，測量效率高。
文檔編號G01B11/16GK102313522SQ20111018563
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者周娜, 安志勇, 李麗娟, 林雪竹, 王勁松 申請人:長春理工大學(xué)