CN111498142A - 一种飞机航电成品安装校准方法 - Google Patents

一种飞机航电成品安装校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种飞机航电成品安装校准方法，包括：通过多相机摄影测量系统和激光投点器结合，测量飞机水平测量点坐标，并基于飞机坐标系进行数字调平；航电成品安装底座关键点测量，通过对贴有摄像测量标记点的成品辅助校准板进行坐标测量，得到飞机底座支撑点坐标；航电成品安装底座校准幅度计算，通过对飞机底座支撑点进行分析处理，得到水平校准和航向校准的调整量，并基于调整量进行调姿；调姿结果检测，计算成品安装底座的俯仰、翻滚和偏航角度，并与设计值比较，实现复检。本发明可实现自动校准，并避免人为主观因素的影响，校准过程效率大幅度提高。特别地，本发明的方法还可实现多个航电成品校准工作的同步开展，提高安装作业效率。

Description

一种飞机航电成品安装校准方法
技术领域
本发明属于飞机制造领域，涉及航电成品装配质量控制方法，具体涉及一种飞机航电成品安装校准方法。
背景技术
航电设备包括惯导、航炮、捷联、平视显示器等，主要是以模块化的成品形式安装在飞机对应舱位内，航电设备对于飞机的性能起着决定性的作用。航电成品的安装校准要求较高，如果安装校准不合格，易造成整体设备失效，对飞机的性能及安全性带来极大影响。
目前，飞机航电成品的安装校准仍大量使用手动或半自动的方式，通过测微准直望远镜、校准耙板、光学象限仪、激光跟踪仪等测量航电成品安装底座的位姿角度，人工经验判断底座支撑点是否需要调高，但是无法计算具体的调高值。由于航电成品安装底座在水平和轴线方向具有较强耦合性，对每一个方向的调整都会影响另一个方向的安装精度，需要工作人员反复调整测试，直至各方向的位姿精度符合设计部门要求，安装校准过程对于工作人员的经验要求高，且容易受到主观因素影响，导致安装校准的精度和效率均较为低下。
发明内容
本发明提出一种高效、准确的飞机航电成品安装校准方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种飞机航电成品安装校准方法，包括如下步骤：
步骤1、飞机数字调平；
步骤2、航电成品安装底座关键支撑点测量；
步骤3、航电成品安装底座校准幅度计算及调姿；
步骤4、航电成品安装底座调姿结果检测。
进一步地，步骤1包括：
步骤1-1、将飞机以任意姿态停放在测量场地中，针对飞机表面的多个水平测量点，通过激光投点器将摄影测量靶点投射至各水平测量点十字标记中心，并通过多相机摄影测量系统测量所有水平测量点pi在三维测量坐标系下的坐标(xi,yi,zi)，其中，i为水平测量点的序号；
步骤1-2、建立三维飞机坐标系，以飞机航向为Y轴，朝向机尾方向为正方向；竖直方向为Z轴，向上为正方向；通过右手坐标系规则确定X轴；在三维飞机坐标系下，对应于各水平测量点pi的点mi坐标为(x'i,y'i,z'i)；
步骤1-3、通过公式(1)计算得到三维测量坐标系转换至三维飞机坐标系中的变换矩阵M，并将三维测量坐标系下的水平测量点坐标值转换到三维飞机坐标系，实现飞机数字调平；
Figure BDA0002478243630000021
公式(1)中，M表示转换矩阵，argmin表示求解||·||最小值对应的R、T，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵，N表示水平测量点数量，F表示位置变换函数，||·||表示位置变化后的误差量。
进一步地，步骤2包括：
将设置有摄影测量识别标靶点的航电成品辅助测量工装替代航电成品固定在航电成品安装底座上，标靶点与航电成品安装底座的关键支撑点的坐标位置预先标定好；通过多相机摄影测量系统测量航电成品辅助测量工装的标靶点坐标，并基于预先标定的标靶点和航电成品安装底座关键支撑点间的转换关系，计算出航电成品安装底座各关键支撑点的坐标。
进一步地，步骤3包括：
步骤3-1、水平校准，基于步骤2得到的航电成品安装底座各关键支撑点的坐标，以Z轴坐标值筛选出最高支撑点，并以最高支撑点为航电成品安装底座调整的基准点，确定其他支撑点的高度值调整量Δ(Pj)＝zmax-zj，其中，zmax为最高支撑点的Z轴坐标，zj为其他支撑点的Z轴坐标，j表示其他支撑点的序号；
根据高度调整值，选定相应厚度的垫片，完成水平校准；
步骤3-2、航向校准，以航向上的两支撑点为计算依据，以最靠近飞机航向轴线的支撑点为基准点，向内调整其他支撑点，调整量Δ(Pk)＝|x基准-xk|，其中，x基准为基准点的X轴坐标，xk表示其他支撑点的X轴坐标，k表示其他支撑点的序号，|·|表示绝对值。
进一步地，步骤4包括：
快速复检，与步骤2采用相同的方法，通过多相机摄影测量系统测量航电成品安装底座各关键支撑点坐标，基于各关键支撑点坐标计算出航电成品安装底座的俯仰角α、航向角β和横滚角γ，并与设计值进行比较；若符合要求，则结束校准；若不符合要求，则重复步骤3和4，直至满足要求后，紧固飞机航电成品各关键支撑点，结束校准。
本发明的有益效果在于：
本发明的飞机航电成品安装校准方法可通过相机拍摄及计算机程序，实现自动校准，并将航电成品安装底座各支撑点的具体调整值反馈给工作人员，避免了人为主观因素的影响，同时，校准过程效率大幅度提高。特别地，本发明的方法还可实现多个航电成品校准工作的同步开展，提高安装作业效率。
附图说明
图l为本发明的飞机航电成品安装校准方法的流程框图；
图2为航电成品安装底座的关键支撑点示意图；
图3为飞机数字调平示意图；
图4为航电成品安装底座校准幅度计算及调姿结果检测流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的飞机航电成品安装校准方法作具体介绍。
如图1所示，一种飞机航电成品安装校准方法，包括如下步骤：
步骤1、飞机数字调平；
步骤1具体包括：
步骤1-1、将飞机以任意姿态停放在测量场地中，将多相机摄影测量系统架设在飞机周围，如图3所示，针对飞机表面的多个水平测量点，通过激光投点器将摄影测量靶点投射至各水平测量点十字标记中心，并通过多相机摄影测量系统测量所有水平测量点pi在三维测量坐标系下的坐标(xi,yi,zi)，其中，i为水平测量点的序号；
步骤1-2、建立三维飞机坐标系，以飞机航向为Y轴，朝向机尾方向为正方向；竖直方向为Z轴，向上为正向；通过右手坐标系规则确定X轴；在三维飞机坐标系下，对应于各水平测量点pi的点mi坐标为(x'i,y'i,z'i)；
步骤1-3、将三维测量坐标系转换至三维飞机坐标系中，通过公式(1)计算得到三维测量坐标系转换至三维飞机坐标系中的变换矩阵M，并将三维测量坐标系下的水平测量点坐标值转换到三维飞机坐标系，实现飞机数字调平；
Figure BDA0002478243630000031
公式(1)中，M表示转换矩阵，argmin表示求解||·||最小值对应的R、T，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵；N表示水平测量点数量，F表示位置变换函数，||·||表示位置变化后的误差量。
飞机水平测量点实际测量坐标值位于三维测量坐标系，需要将其转换至三维飞机坐标系中。计算水平测量点的实际坐标值与理论坐标值的变换矩阵M，将三维测量坐标系下的飞机水平测量点坐标值转换到三维飞机坐标系，便可实现飞机数字调平。
步骤2、航电成品安装底座关键支撑点测量，包括：
将设置有摄影测量识别标靶点的航电成品辅助测量工装(成品辅助校准板)替代航电成品固定在航电成品安装底座上，标靶点与航电成品安装底座的关键支撑点的坐标位置预先标定好；通过多相机摄影测量系统测量航电成品辅助测量工装的标靶点坐标，并基于预先标定的标靶点和航电成品安装底座关键支撑点间的转换关系，计算出航电成品安装底座各关键支撑点的坐标。
步骤3、航电成品安装底座校准幅度计算及调姿，校准包括水平校准和航向校准；
步骤3具体包括：
步骤3-1、水平校准，如图2所示，基于步骤2得到的航电成品安装底座各关键支撑点的坐标，以Z轴坐标值筛选出最高支撑点，并以最高支撑点为航电成品安装底座调整的基准点，确定其他支撑点Pj的高度值调整量Δ(Pj)＝zmax-zj，其中，zmax为最高支撑点的Z轴坐标，zj为其他支撑点的Z轴坐标，j表示其他支撑点的序号；
根据高度调整值，选定相应厚度的垫片，完成水平校准；
步骤3-2、航向校准，以航向上的两支撑点为计算依据，以最靠近飞机航向轴线的支撑点为基准点，向内调整其他支撑点Pk，调整量Δ(Pk)＝|x基准-xk|，其中，x基准为基准点的X轴坐标，xk表示其他支撑点的X轴坐标，k表示其他支撑点的序号，|·|表示绝对值。
步骤4、航电成品安装底座调姿结果检测，包括：快速复检，与步骤2采用相同的方法，通过多相机摄影测量系统测量航电成品安装底座各关键支撑点坐标，基于各关键支撑点坐标计算出航电成品安装底座的俯仰角α、航向角β和横滚角γ，并与设计值进行比较；若符合要求，则结束校准；若不符合要求，则重复步骤3和4，直至满足要求后，紧固飞机航电成品各关键支撑点，结束校准，参见图4。
步骤1至4中，步骤1的飞机数字调平为校准的基础，通过该步骤建立后续所有计算的基础坐标系。步骤2的航电成品安装底座关键支撑点测量为后续调整幅度以及角度值计算提供数据基础。步骤3的航电成品安装底座校准幅度计算是最为重要的一步，通过该步骤将航电成品安装底座各支撑点的具体调整值反馈给工作人员。步骤4中，通过实时地检测调姿结果，计算出航电成品安装底座的安装角度(俯仰角α、航向角β和横滚角γ)，判断校准结果是否满足要求。本发明将繁琐的测量及计算分析过程与校准操作分离出来，使工作人员直接基于自动校准结果进行操作，提高了校准效率与准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种飞机航电成品安装校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、飞机数字调平；
步骤2、航电成品安装底座关键支撑点测量；
步骤3、航电成品安装底座校准幅度计算及调姿；
步骤4、航电成品安装底座调姿结果检测。
2.根据权利要求1所述的飞机航电成品安装校准方法，其特征在于，步骤1包括：
步骤1-1、将飞机以任意姿态停放在测量场地中，针对飞机表面的多个水平测量点，通过激光投点器将摄影测量靶点投射至各水平测量点十字标记中心，并通过多相机摄影测量系统测量所有水平测量点pi在三维测量坐标系下的坐标(xi,yi,zi)，其中，i为水平测量点的序号；
步骤1-2、建立三维飞机坐标系，以飞机航向为Y轴，朝向机尾方向为正方向；竖直方向为Z轴，向上为正方向；通过右手坐标系规则确定X轴；在三维飞机坐标系下，对应于各水平测量点pi的点mi坐标为(x'i,y'i,z'i)；
步骤1-3、通过公式(1)计算得到三维测量坐标系转换至三维飞机坐标系中的变换矩阵M，并将三维测量坐标系下的水平测量点坐标值转换到三维飞机坐标系，实现飞机数字调平；
Figure FDA0002478243620000011
公式(1)中，M表示转换矩阵，argmin表示求解||·||最小值对应的R、T，R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵，N表示水平测量点数量，F表示位置变换函数，||·||表示位置变化后的误差量。
3.根据权利要求1或2所述的飞机航电成品安装校准方法，其特征在于，步骤2包括：
将设置有摄影测量识别标靶点的航电成品辅助测量工装替代航电成品固定在航电成品安装底座上，标靶点与航电成品安装底座的关键支撑点的坐标位置预先标定好；通过多相机摄影测量系统测量航电成品辅助测量工装的标靶点坐标，并基于预先标定的标靶点和航电成品安装底座关键支撑点间的转换关系，计算出航电成品安装底座各关键支撑点的坐标。
4.根据权利要求3所述的飞机航电成品安装校准方法，其特征在于，步骤3包括：
步骤3-1、水平校准，基于步骤2得到的航电成品安装底座各关键支撑点的坐标，以Z轴坐标值筛选出最高支撑点，并以最高支撑点为航电成品安装底座调整的基准点，确定其他支撑点的高度值调整量Δ(Pj)＝zmax-zj，其中，zmax为最高支撑点的Z轴坐标，zj为其他支撑点的Z轴坐标，j表示其他支撑点的序号；
根据高度调整值，选定相应厚度的垫片，完成水平校准；
步骤3-2、航向校准，以航向上的两支撑点为计算依据，以最靠近飞机航向轴线的支撑点为基准点，向内调整其他支撑点，调整量Δ(Pk)＝|x基准-xk|，其中，x基准为基准点的X轴坐标，xk表示其他支撑点的X轴坐标，k表示其他支撑点的序号，|·|表示绝对值。
5.根据权利要求4所述的飞机航电成品安装校准方法，其特征在于，步骤4包括：
快速复检，与步骤2采用相同的方法，通过多相机摄影测量系统测量航电成品安装底座各关键支撑点坐标，基于各关键支撑点坐标计算出航电成品安装底座的俯仰角α、航向角β和横滚角γ，并与设计值进行比较；若符合要求，则结束校准；若不符合要求，则重复步骤3和4，直至满足要求后，紧固飞机航电成品各关键支撑点，结束校准。
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