近年來，基于數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)和激光跟蹤儀數(shù)字化測(cè)量系 統(tǒng)，采用數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝（DAM）取代實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)工裝作為飛機(jī)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(yīng)用[1-3]。采用激光跟蹤儀測(cè)量 系統(tǒng)對(duì)裝配工裝進(jìn)行準(zhǔn)確定位安裝前，需要對(duì)激光跟蹤儀設(shè)站進(jìn)行優(yōu)化，以避免反復(fù)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸較 大、定位件數(shù)量眾多，激光跟蹤儀測(cè)量過程中光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)（OPT）也相當(dāng)多，光學(xué)路徑很容易被定位件、夾具或支撐結(jié)構(gòu)遮擋，因此，如何基于數(shù)字化裝配技術(shù)對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑進(jìn)行干涉分析，以提高激光跟蹤儀的測(cè)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(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[4]的前期基礎(chǔ)上，對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑干涉檢測(cè)方法作了進(jìn)一步的研究，并基于CATIA二次開發(fā)技術(shù)， 針對(duì)裝配型架的數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑干涉問題的快速分析與預(yù)測(cè)。

　　數(shù)字化測(cè)量安裝技術(shù)

　　基于激光跟蹤儀的工裝數(shù)字化測(cè)量與安裝技術(shù)主要包括4個(gè)系統(tǒng)：數(shù)字化建模與裝配、光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、激光跟蹤儀設(shè)站優(yōu)化[5]及激光跟蹤儀數(shù)字化測(cè)量（見圖1）。

　 　基于CATIA V5三維平臺(tái)的飛機(jī)裝配工裝數(shù)字化建模與預(yù)裝配系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的建立與預(yù)裝配，是數(shù)字化測(cè)量安裝的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)。光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系 統(tǒng)采用“偏置定位件輪廓-離散化偏置輪廓-遍歷計(jì)算尋優(yōu)”的基本方法，在工裝模型中快速進(jìn)行光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)的合理設(shè)置，并可輸出OTP點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。激光跟蹤 儀設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)可放置區(qū)域離散化處理，根據(jù)設(shè)站原則采用遺傳算法進(jìn)行快速尋優(yōu)求解。激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)對(duì)某一空間運(yùn)動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的跟蹤，以獲取光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。在裝配工裝制造過程中，根據(jù)設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)獲得激光跟蹤儀最佳放置位置，然后進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量與安裝。

激光跟蹤儀是一種多學(xué)科綜合應(yīng)用的大尺寸工業(yè)測(cè)量?jī)x器，其測(cè)量精度主要受測(cè)角和測(cè)距的精度以及環(huán)境的影響，如圖2所示。建立相應(yīng)的技術(shù)操作規(guī)范，每次使用測(cè)量之前，應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，判斷當(dāng)時(shí)的測(cè)量條件，并定期實(shí)施校準(zhǔn)。

　 　值得注意的是，飛機(jī)裝配型架具有結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜、尺寸比較大、夾具和定位件數(shù)量眾多、光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)量為幾十或上百個(gè)等特點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量過程中，激光跟蹤儀 與光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)之間的光學(xué)路徑往往容易被型架零件遮擋，這時(shí)就需要反復(fù)調(diào)整激光跟蹤儀的放置位置，重新設(shè)定并轉(zhuǎn)換測(cè)量坐標(biāo)系，極大地影響了裝配型架測(cè)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(cè)量之前，提前對(duì)激光跟蹤儀光學(xué)路徑的通暢性進(jìn)行分析與檢測(cè)，成為實(shí)際工作中困擾工裝制造人 員的一個(gè)重要難題。隨著數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝技術(shù)的深入應(yīng)用，通過數(shù)字化技術(shù)，本課題基于型架三維裝配模型，在激光跟蹤儀與光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)之間建立光學(xué)路徑等效幾何 微體，并采用靜態(tài)干涉分析的辦法，對(duì)光學(xué)路徑進(jìn)行快速分析與預(yù)測(cè)。

　　光學(xué)路徑干涉分析

　　1　干涉分析的基本原理

　　碰撞檢測(cè)（也稱為干涉分析）存在靜態(tài)檢測(cè)與動(dòng)態(tài)檢測(cè)，對(duì)于本課題中的激光跟蹤儀光學(xué)路徑檢測(cè)，屬于靜態(tài)檢測(cè)范圍，相對(duì)比較容易。目前，碰撞檢測(cè)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?？臻g分解為體積很小的標(biāo)準(zhǔn)單元體，對(duì)占據(jù)同一單元體或相鄰單元體中的CAD模型進(jìn)行相交檢測(cè)。該方法具有存儲(chǔ)量大、靈活性較差等不足，應(yīng)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(jié)構(gòu)”的方法，采用體積略大且?guī)缀涡螤詈?jiǎn)單的包圍盒逼近復(fù)雜的CAD模型，如圖3所示，對(duì)包圍盒進(jìn)行求交運(yùn)算，快速排除不相交部分，并且進(jìn)一步細(xì)化包圍盒重疊部分，從而在實(shí)時(shí)性與精確性之間達(dá)到平衡。

　　2　光學(xué)路徑干涉分析方法

　　一般而言，基于定位件光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)在型架裝配模型中建立OTP點(diǎn)以后，通過在激光跟蹤儀數(shù)據(jù)點(diǎn)與所有OTP點(diǎn)之間建立線段，通過人工觀察設(shè)站位置進(jìn)行直觀的合理性判斷，顯然，這種方法很難快速得到正確結(jié)果。

　 　為此，本課題采用了以下辦法：（1）采用進(jìn)程外應(yīng)用方式[7]，運(yùn)用GetObject方法將CATIA作為一個(gè)對(duì)象連接與嵌入（Object Linking and Embedding, OLE），調(diào)用給VB程序應(yīng)用；（2）利用VB程序的循環(huán)語(yǔ)句控制CATIA中的內(nèi)部函數(shù)，在所有的OTP點(diǎn)與激光跟蹤儀數(shù)據(jù)點(diǎn)之間建立線段，并以線段為 中心軸，生成一個(gè)截面積很?。ū鞠到y(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(jī)（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(jìn)行干涉分析，并返回檢測(cè)結(jié)果。這個(gè)功能的具體流程見圖5。

3　功能的開發(fā)與應(yīng)用

　 　基于光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)建立合理的OTP點(diǎn)之后，需要進(jìn)行激光跟蹤儀的設(shè)站工作，采用激光跟蹤儀設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)設(shè)站數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行求解尋優(yōu)前，需要輸 入OTP的三維空間坐標(biāo)，由于OTP點(diǎn)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(diǎn)的導(dǎo)出功能，選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，輸出的數(shù)據(jù)如表1所 示。

在激光跟蹤儀設(shè)站位置的優(yōu)化過程中，工裝制造人員可能對(duì)導(dǎo)出的OTP數(shù)據(jù)表，根據(jù)實(shí)際需要添加、刪除少量OTP，或更改其坐標(biāo)數(shù)據(jù)，設(shè)站優(yōu)化完成以后， 在導(dǎo)入上述修改后的OTP坐標(biāo)數(shù)據(jù)表。本課題在光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了激光跟蹤儀光學(xué)路徑干涉檢測(cè)功能。以某簡(jiǎn)單型架的CAD模型為例， 輸入數(shù)據(jù)表創(chuàng)建OTP點(diǎn)，進(jìn)行了實(shí)際操作應(yīng)用，結(jié)果如圖6所示。

　　結(jié)束語(yǔ)

　 　基于激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)的裝配型架數(shù)字化安裝制造技術(shù)，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(shí)也對(duì)裝配工裝測(cè)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(shí)際工作過程中，對(duì)激光跟蹤儀放置位置往往依賴于個(gè)人直覺和大量經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，以致測(cè)量精度和效率受 到了嚴(yán)重的影響。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　在激光跟蹤儀放置位置的設(shè)計(jì)過程中，激光跟蹤儀設(shè)站優(yōu)化系統(tǒng)為 型架安裝人員提供了快速、科學(xué)的指導(dǎo)，提高了工作效率。針對(duì)激光跟蹤儀與光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)之間光學(xué)路徑通暢性的早期檢測(cè)，以提前排除不合理的位置數(shù)據(jù)點(diǎn)，避免實(shí) 際操作過程中的反復(fù)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(xué)路徑的干涉分析方法，為解決工裝制造工程實(shí)踐中激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)的 應(yīng)用問題提供了一種更有效的快速分析與檢測(cè)辦法。

參考文獻(xiàn)
[1]劉志存，孟飆，范玉青. 飛機(jī)制造中數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的定義與應(yīng)用. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2007（7）：1367-1373.
[2]王巍，黃宇，莊建平. 激光跟蹤儀在飛機(jī)裝配工裝制造中的應(yīng)用. 航空制造技術(shù)，2004（12）： 81-84.
[3]韓維，馮美蓉，宋群. 裝配工裝全數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在ARJ21機(jī)頭裝配中的應(yīng)用. 航空制造技術(shù)，2007（12）： 54-56.
[4]蘭勇，劉維，吳建軍，等. 基于數(shù)字化裝配的定位件光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)設(shè)計(jì). 航空制造技術(shù)，2010（16）： 90-92.
[5]陳智勇. 基于激光跟蹤儀的工裝數(shù)字化測(cè)量安裝技術(shù)研究[D]. 西安：西北工業(yè)大學(xué)，2010.
[6]宋強(qiáng)，宋玲芝，康鳳舉，等. 包圍盒碰撞檢測(cè)算法應(yīng)用研究. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2009，45（24）： 238-240.
[7]胡挺，吳立軍. CATIA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ). 北京：電子工業(yè)出版社，2006.