激光投影定位仪应用介绍

LPT三维高精度激光投影定位仪——航空航天装配领域应用介绍一、LPT介绍1.公司介绍美国LPT（LaserProjectionTechnologies）公司是全球最早研发也是目前技术最领先的三维激光投影公司，拥有全球领先的多项专利技术。LPT激光投影定位仪是一款高度成熟的工业化产品，已在各个行业领域得到长期广泛的使用。LPT公司现有紧凑小巧的激光投影定位仪LPT3、多量程三维激光投影定位仪LPT8、拥有扫描特征信息和测量功能的激光投影定位仪LPT15、可扫描虚拟靶点的LGS系统和融合激光雷达功能的LPT100等多款产品。2.三维高精度激光投影定位技术三维激光投影定位技术是通过一对高速转动的高精度光学振镜控制光束快速经过三维空间中指定的点来实现的。高速重复运动的光束在人眼看来呈一条连续的线条，这种由绿色激光产生的虚拟模板，我们通常称作“激光投影”。LPT就是以这种方式将零部件的轮廓投影出来。由于LPT激光投影定位仪的三维投影精度高，LPT是世界上唯一一款用于飞机部件装配的激光投影辅助定位设备。LPT利用非接触式的三维激光投影定位技术和测量技术保证工作流程柔性的最大化，为用户提供一种可重复的工作流程同时提高生产效率。传统的划线、模板定位方式需要花费大量的时间和人力，而且精度差、重复利用率低、需要一些笨重的工装工具支持。硬质的模板一般比较笨重且容易磨损和变形，同时也需要存放空间和定期的维护。LPT为先进制造和装配过程中所遇到的定位问题提供了前沿的解决方案。除了用于装配定位之外，LPT还可以校验、测量零部件的位置，这使得LPT激光投影定位仪可用于定位、装配、质量控制、测量等各个生产制造工艺流程。3.前沿技术LPT公司作为世界领先的三维投影定位技术供应商，我们的产品拥有业内最远投影距离、最高投影精度和角度分辨率的三维投影能力。LPT拥有多项全球的专利技术：a)高精度：定制生产的数字振镜使得LPT的角度分辨率非常高，LPT在全量程投影范围内投影精度可以做到0.13mm，而且最远投影距离可达15m。由于飞机装配要求精度较高，如波音公司很多装配精度要求为0.2mm，LPT是唯一满足该装配精度要求的激光投影定位公司；b)PMT技术：拥有专利技术的超灵敏光学探测器（PMT技术）能够探测pW级光能量，在工作现场无法布置反光靶点或者不方便布置反光靶点的情况下，LPT便可以扫描圆孔、交叉点等特征信息来建立坐标系。如果工件表面无法布置靶点，而且工件也没有圆孔、拐点等特征信息，我们还可使用一台LPT扫描另一台LPT投影的激光点来建立坐标系。另外，LPT无需处理表面即可直接测量圆孔的位置和半径、拐点的位置和拐角的角度等信息，即便是黑碳纤维表面，LPT激光投影定位仪也能照常工作。在装配过程中，LPT还可以开启IPV功能实时监测某些特征量如圆孔、拐点以及直线来判断该特征量是否在公差允许范围内，保证装配的精度；c)高速激光雷达：LPT开发的一款独特的高精度激光雷达，无需对工件表面做任何处理，扫描精度高，扫描速度可达100,000点/秒，是传统激光雷达扫描速度的50倍，大大降低了扫描时间，这样便可实现快速逆向工程。此外，专利的TOPO技术不光可以扫描工件表面得到工件的三维轮廓，还可以将实际的三维轮廓与理论数模进行对比，或者将实验前后扫描的三维轮廓进行对比，得到偏差图后还可将偏差以等高线的形式反投到工件表面实现偏差可视化，这样用户就可以很直观地在工件实物上确认每部分的偏差大小。d)低频闪：LPT使用了先进的路径控制技术，这使得其能够保证在复杂多线条的三维轮廓投影或者大范围的投影时实现低频闪，保证了用户实际工作时的舒适性；e)自动聚焦：自动聚焦功能保证了投影线宽和效果，即便是在复杂曲面上也能实现很好的投影效果；f)高稳定性：卓越的散热防尘技术保证了LPT的稳定性，使其能在恶劣的环境下长时间稳定工作。4.主要客户和应用领域我们的系统和方法已经在各行各业得到成功应用，以帮助其简化生产和降低成本。LPT激光投影定位仪已在航空航天、船舶重工、汽车、军工、高铁和科研等领域被广泛使用，LPT公司研发的高精度、高速和长距离三维激光投影和测量系统主要用于需要精确校准定位的生产应用中，如三维部件装配和校验、大型舱段装配、飞机喷涂模板、复材铺层定位等。以美国波音公司为例，就有超过900套LPT激光投影定位仪，LPT已渗入到波音公司的各个制造和装配环节中，节省了大量模板和定位工装，在节约成本的同时还提高了工作效率和定位精度。LPT的客户包括波音公司、空客公司、诺斯洛普·格鲁门公司、阿古斯塔韦斯特兰、SPACEX公司等。图1LPT部分客户5.LPT系统组成LPT激光投影定位系统主要由LPT激光投影定位仪、计算机、支架和附件组成，系统连接示意图如下图2所示。用户可以使用一台计算机来控制多台LPT激光投影定位仪，同时还可使用多台LPT激光投影定位仪进行拼接投影。我们可提供不同类型的支架如可调高度可调角度支架、电动升降支架等供用户选择，另外，LPT所使用的靶点与激光跟踪仪所使用靶球的接口能够很好地兼容。图2LPT系统连接示意图图3LPT附件二、应用介绍2.1高精度激光辅助孔位定位现代飞机的零件连接主要以铆接为主，铆钉制孔主要有手动和自动钻铆。虽然自动钻铆技术提高了铆接作业的生产效率和质量，但是目前国内飞机产品的特点是小批量多型号，且不规则结构件较多。目前国内仍然采用传统的人工铆接，其优点是铆接时的灵巧性很高，铆接范围也不受限制，但传统的铆钉制孔的最大缺点是制孔的精度不高，程序繁多和效率低下。在孔位定位过程中多以定位模板或工装来确定孔位的位置，这样不仅孔位精度不高而且需要耗费大量时间。另外定位模板长时间使用后磨损严重精度不可靠，其新模板制作周期也较长。而使用LPT高精度激光投影定位仪进行铺助孔位定位将大大提高制铆效率和精度并且可节约60%到70%定位模板。其原理是依据设计好的孔位数模数据，将每个铆钉孔位的样式和位置直接以激光线条的形式投影到需要加工工件上，操作人员就可直接对准激光线条的指示进行制铆工作。图4美国F15战斗机的高精度激光辅助孔位定位随着现在飞机制造业的发展，自由曲面的蒙皮零部件越来越多，对孔位的精度定位要求也越来越高，按图样尺寸划线、按样板、按导孔和按钻模等四种传统经典的制孔定位方法已难以满足现代飞机复杂曲面零部件的精度要求。使用传统方法面临以下问题：a)面对自由曲面的零件或复杂的平面零件时采用按尺寸划线很困难，在某些异形结构零件上操作人员甚至无法找到有效的划线参考面；b)传统的样板精度就很难达到精度要求，甚至可能出现样本和复杂的蒙皮零部件难以精密贴合的情况；c)基于样板的刚性特点，如何选择合理的定位基点也将会影响制孔精度，而这在很大程度上依赖操作人员的经验。使用LPT激光投影定位仪将会很好的解决上述问题，LPT利用其独有的3D投影及自动聚焦技术，在任何自由曲面的蒙皮上均可以方便准确的选择定位基点来建立坐标系，然后将铆钉孔按照设计数模精确的投影出来，从而实现自由曲面上的高精度孔位定位。这将会减少操作人员的划线工序，而且不用担心定位样板是否与零部件有精确贴合。不仅如此，由于LPT投影定位仪投影角度的灵活性，现场完全可以根据蒙皮的形状方向，任意调节投影角度，以方便操作人员进行制孔。LPT激光投影定位仪不仅解决了传统的铆钉孔划线定位的精度问题，而且还具有极大的便利性和防差错性。以往操作人员需要将图纸放在工件旁边，制孔时会不停的来回仔细比对工艺图纸上的铆钉孔的直径、类型等信息，有时零部件同一面会制造不同的铆钉孔、螺栓孔，现场操作人员需要在不同的图纸上查找这些信息，这样不仅耗时费力，而且很容易出现差错，严重时甚至使整个零部件报废。而LPT激光投影定位仪可以将每组孔位的大小、类型等辅助信息同时投影出来以便提示操作人员，也可以事先经过工艺人员和操作人员协调，将每种不同的孔位制作成特殊的定位图案进行投影，这样将极大的简化工艺流程同时也可以有效的防止制孔出现差错。适用型号：LPT3、LPT8、LPT15、LPT1002.2高精度激光辅助三维部件定位LPT激光投影定位仪采用独特的专利技术可实现高精度三维部件投影定位。图5高精度三维部件投影定位由于任何一个零部件，在空间都有6个自由度，要确定工件的空间位置，必须约束六个自由度。飞机装配中，由于零部件刚度低，需要防止变形，保证定位准确度要求，还要避免定位误差不至于集中积累在某一个面上。传统的装配定位采用的是划线定位法、按基准工件定位、装配孔定位法、用坐标定位孔定位、用基准定位孔定位、装配夹具定位等方法，而这些方法都存在一定的局限性。以在飞机骨架上安装加强筋为例，由于加强筋属于受力部件，在装配过程中不仅需要将其安装在壁板的准确位置上，同时其三维的安装方向也必须安装准确。传统的装配方式采用装配孔定位法或装配夹具定位法来确定位置，但是孔定位法在实际装配中仅仅是完成了二维位置的确定，而加强筋的三维角度几乎都是靠人工经验或者零部件本身刚度来保证，这大大降低了装配的准确性。而即便是采用夹具定位，由于夹具的制造误差，一般都还需要采用游动结构或较小尺寸的定位销来修正或者二次定位。这样带来的后果就是要么精度无法保证，要么耗时费力，效率低下。而LPT激光投影定位仪具备全球独一无二的三维投影技术，彻底解决了飞机零部件三维装配的精度差和效率低的问题。依据设计的数模，LPT以激光线条的形式将三维轮廓线投影到安装位置，操作人员只需将该零部件实物的每条边与所投影的激光轮廓线重合，就可以实现在空间的6个自由度的精准定位。这样在减少定位工序和定位模板使用的同时，极大的提高了装配的精度。另外，LPT激光投影定位仪还拥有IPV在线校准功能，其原理是在实际装配时，依据设置的装配公差，LPT激光投影定位仪会自动检查零部件的装配位置误差是否超出公差范围，及时提醒操作人员进行修正。图6飞机的高精度激光辅助三维部件定位除此之外，现在飞机装配中除了铆接工艺外，粘接工艺也是使用比较广的一种装配工艺。粘接定位精度要求更高，因为一旦粘接固化位置将是永久不可调而不像螺栓或铆钉还可以通过垫片进行调节。一般粘接都采用划线或者夹具工装等方式进行定位，这些方式定位精度普遍不高，而且一旦涂上胶粘剂后已看不清划线，严重影响装配精度。利用ClickBond进行粘接装配工艺时，可首先利用LPT激光投影定位仪投影出需粘接部位的轮廓线，操作人员依据投影线准确涂抹胶粘剂，然后LPT还可将ClickBond的三维轮廓线投影出来，操作人员按照线条将需要粘接的零部件进行精确安装。图7飞机的高精度激光粘接定位图8飞机ClickBond装配定位不仅在装配过程中可利用激光投影定位仪进行精确定位，在某一整体部件的部装装配完成后，利用LPT激光投影定位仪还可以对整个零部件装配将进行投影验证，帮助操作人员在实物上检查所有的零部件在装配过程是否因为其他部件的装配工作影响到了位置精度及三维方向。图9零部件装配安装完成的激光投影定位验证适用型号：LPT15、LPT100、LPT8、LPT32.3“X射线”投影技术在飞机零部件背面存在大量的对接肋、腹板及加强筋等结构，这些肋筋的结构关系到整个飞机的安全和结构强度。在现场装配时，我们面临以下问题：在机身已覆盖好蒙皮后再在蒙皮表面进行制铆时，内部的肋筋桁条等已不可见，但是蒙皮表面的铆钉孔又必须准确的钻在飞机桁条上；另外，在壁板上进行铆接打孔的时候，又要避免损伤其背面的加强筋。以最常见的蒙皮与长桁制铆为例，传统的方法就是采用装配导孔或者型架上的轴线面等进行划线定位。操作人员首先会在长桁和蒙皮上制作定位的装配导孔，然后再将蒙皮与长桁通过型架固定在一起，从长桁内部同时把两个部件进行钻小孔，这样就是蒙皮的孔与长桁一一对应；接着再把蒙皮拆下来，对打好铆钉小孔的长桁件进行骨架装配；等骨架装配完成后，最后再把蒙皮装配在长桁上按照之前的小孔进行钻孔铆接。通过这一过程我们看到，为了保证蒙皮的装配铆钉孔准确钻到长桁上，蒙皮需要多次固定在型架上，这大大增加了工艺程序和工作时间，降低了生产效率，特别是大型部件，装上型架然后再拆