专利名称：高精度飞机全机数字化三维水平测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光三坐标测量系统，尤其涉及一种高精度飞机全机数字化三维水平测量系统。
背景技术：
飞机水平测量是利用水平测量点来对飞机各个部件相对位置、部件安装质量及其在使用过程中变形情况的检查确认。水平测量点是在部件装配时在部件表面规定的位置上，按型架专用指示器做出的用于测量的记号(涂红漆的冲点、特制铆钉、螺钉等)，它实际上是将飞机理论轴线转移到了部件表面的相应位置作为测量依据。因此，在测量过程中只要检验这些点的相对位置，就可以确定各部件装配的相对位置是否符合要求，这对于飞机总装和外形质量的控制有着重要意义。目前国内飞机水平测量的工作是以传统光学测量仪器为主，使用的测量工具包括水准仪、光学经纬仪、钢卷尺等，先是通过经纬仪和水平仪来测量机翼下的关键点和机身前后关键点，以测量工作人员手工测量方式获得上述测量点的相关参数，再计算出这些点在机身坐标轴方向上的偏差来调整飞机的水平状态，在飞机全机调水平之后，再进行其他关键点的测量，以检测飞机相关部件的安装精度等。飞机水平测量所涉及的制造、装配环节众多，对测量精度的影响较大。而这种传统的测量方法，具有测量精度差、工作量大、耗时长、效率低、人为因素影响多、对大型飞机实施困难等诸多缺点，使得水平测量无法真正起到提高质量的作用，因此，利用先进的技术手段来进行测量是非常必要的。
发明内容
本发明将IGPS (indoor GPQ技术和激光雷达技术集成应用于大飞机水平测量中， 实现了高效率、高精度的数字化水平测量，使得飞机在任意姿态下，都能够获得同一坐标系下全机各水平点的空间三维坐标，能够通过计算获得各水平点之间的相互位置关系，能够根据水平点建立全机机身中轴面和对称面，能够将测量数据和CAD数模进行对比，获得各水平点变形量及飞机机身、机翼等部位变形程度。一种飞机全机数字化三维水平测量系统系统，其特征在于该测量系统由室内 GPS、激光雷达和高稳定性升降台所组成，IGPS和激光雷达联机操作，计算机作控制和数据处理系统平台，“飞机全机水平测量系统软件”作为整个系统的管理和控制软件，操控IGPS 和激光雷达联机工作，实现全机数字化水平测量；计算机控制及数据处理系统由三台计算机组成室内GPS控制主机、雷达控制主机、数据管理服务器，雷达控制主机完成雷达的控制、测量及数据处理；室内GPS控制主机完成GPS的控制、测量及数据处理工作；数据管理服务器用于管理数据文件，三机互联，实现数据传输和管理。“飞机全机水平测量系统软件”能够操控整个水平测量系统联机工作，能够实现测量、数据管理、系统设置、文件导入、生成、打印测量报告等功能。软件可以在普通用户和高级用户模式之间切换，具有用户账户管理功能和飞机架次管理功能，能根据定义的用户权限实现对应的功能；软件具有综合设定的功能，如自定义坐标系；自定义长度、角度或者弧度等单位，软件输出结果以worcUExcel或pdf等格式输出；输出的报表、文档的安全性符合相关保密要求，软件设计总体流程如图1所示。
图1软件设计总体流程图2 IGPS激光发射器和激光雷达的联机工作原理框3 IGPS激光发射器和激光雷达在测量现场的整体布局设计如4 IGPS接触式测量图5激光雷达非接触式测量图6飞机水平点数据处理结果附图标记(A)标准杆(B)装在便携式三角架上的IGPS激光发射器(C)布置在地面上的激光发射器(D)数据管理服务器(E)激光雷达(F) IGPS移动式控制主机(G)激光雷达移动式控制主机(H) IGPS 测头(I)待测飞机(J) IGPS 测头(K)置于升降台上的激光雷达
具体实施例方式1系统总体布局根据飞机总装后外形尺寸的要求、观察点的位置及自动化程度要求，对整个系统进行了集成设计。IGPS激光发射器和激光雷达的联机工作原理框图如图2所示，IGPS激光发射器和激光雷达在测量现场的整体布局设计如图3所示。2飞机水平测量坐标系建立(1) IndoorGPS测量坐标系建立首先分别测量飞机基准点，然后利用管理软件中坐标转换夹角计算功能算出飞机测量坐标系与hdoorGPS测量坐标系关于χ轴、y轴的夹角，再将hdoorGPS系统坐标系分别绕χ轴、y轴旋转各自的角度，即可获得IGPS测量坐标系。(2)激光雷达坐标系建立采用激光雷达默认坐标系。(3)将IGPS与激光雷达坐标系统一，统一后的坐标系为飞机测量坐标系。3测量水平点采用IGPS和激光雷达相结合方式完成水平点测量，IGPS完成机下点测量，激光雷达完成机身上表面水平点测量。hdoorGPS可以使用测头对十字交叉点进行接触式测量(图4)，机身上比较高的测量点以及机头前部蒙皮下某些点的测量将使用延长杆测量，机背上水平点由于位置高而深，用延长杆也无法接触，采用激光雷达来进行非接触测量(图5)。4水平点数据处理水平点测量后，可导入被测飞机的CAD模型，进行数模拟合，使被测点三维坐标数值与这些点的理论坐标值进行比较，自动产生比较结果，并用不同颜色显示(图6)。最后完成水平测量报告。技术指标测量范围2%iX15mX6m，360度(扫描范围内)。测量精度(1)飞机全机水平测量精度0. Imm(IOmX IOm范围内)。(2)在40mX40m的范围内iGPS系统精度满足0. 2_。(3)激光雷达空间的测量精度Co)。
权利要求
1. 一种飞机全机数字化三维水平测量系统系统，其特征在于该测量系统由室内GPS、 激光雷达和高稳定性升降台所组成，IGPS和激光雷达联机操作，计算机作控制和数据处理系统平台，“飞机全机水平测量系统软件”作为整个系统的管理和控制软件，操控IGPS和激光雷达联机工作，实现全机数字化水平测量；计算机控制及数据处理系统由三台计算机组成室内GPS控制主机、雷达控制主机、数据管理服务器，雷达控制主机完成雷达的控制、测量及数据处理；室内GPS控制主机完成GPS的控制、测量及数据处理工作；数据管理服务器用于管理数据文件，三机互联，实现数据传输和管理。
全文摘要
本发明涉及一种飞机全机数字化三维水平测量系统系统，该测量系统由室内GPS、激光雷达和高稳定性升降台所组成，IGPS和激光雷达联机操作，计算机作控制和数据处理系统平台，“飞机全机水平测量系统软件”作为整个系统的管理和控制软件，操控IGPS和激光雷达联机工作，实现全机数字化水平测量；计算机控制及数据处理系统由三台计算机组成室内GPS控制主机、雷达控制主机、数据管理服务器，雷达控制主机完成雷达的控制、测量及数据处理；室内GPS控制主机完成GPS的控制、测量及数据处理工作；数据管理服务器用于管理数据文件，三机互联，实现数据传输和管理。该技术测量系统精度高，测量效率高。
文档编号G01B11/16GK102313522SQ20111018563
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者周娜, 安志勇, 李丽娟, 林雪竹, 王劲松 申请人:长春理工大学