CN112357110B - 基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统及方法，属于校准技术领域。所述校准系统包括滑行灯模拟装置、靶板自动校准装置和激光定位装置，所述滑行灯模拟装置用于模拟飞机滑行灯发射激光线，激光定位装置用于提供定位基准，靶板自动校准装置用于获取各类调校所需参数并以此为依据自动校准靶板。本发明所述的校准装置及方法，采用激光定位及测距技术，结合传感器角度采集技术，设计了灯具测距及校准部件以及代替显示滑行灯的光斑中心的装置，达到了不开灯调校的目的，实现飞机着陆滑行灯校准靶板的自动调姿以及自动测距，快速直观准确的指导飞机着陆滑行灯安装姿态的调整，在降低校准误差的同时提高了校准速度。

Description

基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统及方法

技术领域

本发明涉及飞机着陆滑行灯安装调校领域，具体涉及基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统及方法。

背景技术

飞机着陆滑行灯是机外照明系统的重要组成部分，也是飞机着陆及滑行过程中安全措施组成部分。尤其执行夜间任务时，着陆滑行灯工作状态品质好坏，直接影响飞行员对飞机执行相关着陆及滑行操作，也会直接影响塔台读取飞机着陆及滑跑状态的有效信息，进而给飞行过程带来安全隐患。因此安装着陆滑行灯时，为保证其能够正常正确高品质的工作，必须对着陆滑行灯进行安装角度及姿态精确调整，以满足技术条件要求。

现阶段我国军机方面在着陆滑行灯安装调整时，通常采用手工调校的方式，利用铅垂、卷尺和激光电筒进行测量，观测靶板上着陆滑行灯照射位置、光强度是否符合要求，如不符合要求则依据本次测量情况进行着陆滑行灯安装角度调整，并重新校准，直至满足设计要求为止。该过程中由于着陆滑行灯为点光源、光线发散，照射在校准靶板上将呈现为“光斑”，其中心点难以准确标定，以致于不能准确测量照射位置，严重依赖人工判读进行距离角度计算，对工人技能水平要求较高，受人为因素和环境因素影响巨大，且效率较低、误差难以控制、重复精度不高，只能基本满足设计误差要求，难以进一步提升调校精度。

纯手工调校滑行灯的偏航及俯仰姿态已经难以保证一体式着陆滑行灯的安装位置精度，并且其调校效率也无法满足日常快速生产的需求。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中采用人工校准调校着陆滑行灯而导致效率低、重复精度低、无法满足日常快速生产任务的问题，提出了基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度调校系统和调校方法，采用激光定位及测距技术，结合传感器采集技术，实现飞机着陆滑行灯校准靶板的自动调姿以及自动测距，快速直观准确的指导着陆滑行灯安装姿态的调整，降低校准误差，提高校准速度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，包括：

激光仪，安装在飞机滑行灯上，用于模拟飞机滑行灯投射于靶板上的光斑中心位置；

靶板，安装在飞机头前方待测位置，用于观测激光仪的激光标记点位置；

三轴激光仪，安装在飞机前腹千斤顶顶块中心的正下方，可发射不同颜色的竖直激光线和十字激光线，所述竖直激光线用于对准飞机中轴面，十字激光线中的垂直激光线用于对准飞机中轴面和靶板中线；

感光传感器，安装在靶板上，用于接收三轴激光仪发出的绿色垂直激光线信号；

对地高度检测仪，分别安装在激光仪和靶板上，用于获取飞机滑行灯的对地高度参数H0和靶板顶部的对地高度H；

水平垂直双轴传感器，用于获取靶板的俯仰及偏转角度参数δ；

姿态调节机构，用于调节靶板的俯仰及偏转角度；

升降机构，用于调节靶板的高度；

中央处理器，与所述对地高度检测仪、水平垂直双轴传感器、激光水平测距仪和感光传感器连接，用于接收各项检测数据并控制姿态调节机构和升降机构对靶板进行校准。

进一步的，还包括激光水平测距仪和水平测距感应面，所述激光水平测距仪设置在靶板平面上，用于检测靶板到飞机千斤顶中心点的水平距离S；所述水平测距感应面设置在三轴激光仪下方，作为测距截止面配合激光水平测距仪测距。

进一步的，所述靶板通过万向轴转动连接在升降机构的上端，升降机构底部固定在安装座上，所述姿态调节机构为伸缩气缸组，所述伸缩气缸组的输出端滑动连接在靶板背面。

进一步的，所述升降机构为丝杆。

进一步的，还包括可调节激光仪偏转角度的夹持装置，所述激光仪通过夹持装置安装在飞机滑行灯的散热片上。

进一步的，还包括圆形水准仪，所述圆形水准仪安装于靶板上，用于验证靶板平面的水平度及铅直度。

进一步的，还包括定位摇杆，所述定位摇杆设置在水平测距感应面下方，用于微调三轴激光仪的X轴及Y轴的偏移量。

一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：将三轴激光仪置于飞机前腹千斤顶顶块中心点的正下方进行飞机轴线定位，使其发出的竖直激光线与飞机中轴面对准；

步骤b：将靶板置于飞机航向前被测位置处，使靶板中线与三轴激光仪发出的绿色垂直激光线对齐；

步骤c：将激光仪安装在飞机滑行灯上，模拟飞机滑行灯在靶板上形成激光标记点，采用对地高度检测仪获取飞机滑行灯的对地检测高度数据H0；

步骤d：采用水平垂直双轴传感器获取靶板的俯仰及偏转角度参数δ，采用对地高度检测仪获取靶板对地高度参数H，当前述参数在正常范围时开始校准工作：

（i）处理器或工控机接收激光仪的对地测距高度数据H0，然后控制升降装置使靶板的0刻度线高度处于H1，此时靶板中线与三轴激光仪的绿色垂直激光线重合；

（ii）工控机根据水平垂直双轴传感器的实时检测数值，控制姿态调节机构自动校准靶板平面垂直于地平面；

（iii）感光传感器接收三轴激光仪的绿色垂直激光线的光，对比光照的最大值，校准靶板与飞机中心中轴界面相互垂直；

步骤e：在飞机中轴面与靶板平面相互垂直的前提条件下，通过观测激光仪的激光标记点在靶板上的投影位置，以此为依据，调节飞机左右两个滑行灯的安装角度，直至激光标记点以飞机中轴面中心对称且水平高度一致，完成校准。

本技术方案的有益效果如下：

本发明所述的校准系统及方法，采用激光定位及测距技术，结合传感器角度采集技术，设计了灯具测距及校准部件以及代替显示滑行灯的光斑中心的装置，达到了不开灯调校的目的，实现飞机着陆滑行灯校准靶板的自动调姿以及自动测距，快速直观准确的指导飞机着陆滑行灯安装姿态的调整，在降低校准误差的同时提高了校准速度。

附图说明

本发明的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本发明所述校准系统的控制连接关系图；

图2为本发明所述校准系统的实施示意图；

图3为滑行灯模拟装置的结构示意图；

图4为靶板校准装置的结构示意图；

图5为激光定位装置的结构示意图；

图6为飞机中轴面与靶板平面相互垂直的示意图；

图7为靶板背面伸缩气缸组的输出端分布图；

图中：

1、飞机滑行灯；2、散热片；3、夹持装置；4、激光仪；5、滑行灯模拟装置；6、靶板；7、圆形水准仪，8、靶板平面，9、激光水平测距仪，10、升降机构，11、安装座，12、三轴激光仪，13、水平测距感应面，14、定位摇杆，15、靶板校准装置，16、激光定位装置，17、飞机千斤顶，18、万向轴，19、伸缩气缸一，20、伸缩气缸二，21、伸缩气缸三。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施了提供了一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，包括滑行灯模拟装置5、激光定位装置16和靶板6自动校准装置。

如图3所示，所述滑行灯模拟装置5包括激光仪4、对地高度检测仪一和夹持装置3，所述激光仪4发射激光线投射于靶板6，用于模拟飞机滑行灯1投射于靶板6上的光斑中心位置。所述激光仪4通过夹持装置3安装在飞机滑行灯1的散热片2上，夹持装置3可调节激光仪4的发射角度，保证激光仪4的激光标记点与实际的飞机滑行灯1光斑中心重合。对地高度检测仪一用于获取飞机滑行灯1的对地高度参数H0，作为靶板6高度的调校依据，该高度H0也是激光仪4的射出点离地高度。

激光定位装置16的主要功能是将飞机中轴面通过激光坐标系统可视化，并向靶板6提供光能量和距离测量点。

如图5所示，所述激光定位装置16包括三轴激光仪12、水平测距感应面13和定位摇杆14。所述三轴激光仪12安装在飞机千斤顶17顶块中心点的正下方，利用光学坐标获取飞机中轴面作为基准面，该基准面通过激光映射至靶板6。具体地，三轴激光仪12可发射一条红色的竖直激光线和两条绿色的十字激光线（所述激光线为激光线束），其中，红色的竖直激光线与飞机的中轴线对准，十字激光线中的垂直激光线用于对准飞机中轴线和靶板6中线。所述定位摇杆14设置在三轴激光仪12下方，用于微调三轴激光仪12在X轴及Y轴上的偏移量，使三轴激光仪12发射的激光线穿过靶板6上的感光传感器。

如图4所示，所述靶板6自动校准装置包括姿态调节机构、升降机构10、靶板6，以及安装在靶板6上的激光水平测距仪9、感光传感器、对地高度检测仪二和水平垂直双轴传感器。

所述靶板6安装在飞机头前方待测位置，用于观测激光仪4的激光标记点位置。所述靶板下方设有升降机构10，用于调节靶板6的对地高度H，所述靶板通过万向轴转动连接在升降机构的上端，升降机构底部固定在安装座上。所述升降机构可采用丝杆来实现。

所述姿态调节机构用于调节靶板6的俯仰及偏转角度，姿态调节机构采用的是伸缩气缸组，如图7所示，所述伸缩气缸组包含呈三角状布置的三个伸缩气缸，其中两个伸缩气缸对称设置在靶板中线的左右两侧，各个伸缩气缸的输出端滑动连接在靶板背面。伸缩杆根据中央处理器的控制信号驱动靶板绕万向轴转动，实现靶板的绕X轴俯仰及绕Y轴偏摆。

所述对地高度检测仪二用于检测靶板0刻度线的对地高度，这里的0刻度线指靶板6顶部。校准时，对地高度检测仪一所获取的飞机滑行灯1对地高度参数信号传递至中央处理器，中央处理器控制升降机构使靶板6调整至校准所需高度，靶板6内嵌的对地高度检测仪二采集靶板6是否调整至靶板6基准面所需校准高度。本实施例中，对地高度检测仪采用的型号为SW-LDS50X。

所述激光水平测距仪9设置在靶板平面8上，用于在靶板6校准前检测靶板6到飞机千斤顶17中心点的水平距离S，使测试距离满足设计文件的要求。测距仪采用GLM4000，选择“持续测量”模式使用，便于操作人员定位靶板6位置。所述水平测距感应面13设置在三轴激光仪12下方，作为测距截止面配合激光水平测距仪9测距。

所述感光传感器安装在靶板6上，用于接收三轴激光仪12发出的绿色垂直激光线信号。感光传感器后面设计有感光电池，感光电池在光线直射状态下输出最高电压值，中央处理器利用这个原理调整靶面直至接收光线最强时则判定靶面与飞机中轴面垂直，此时观测激光仪4在靶板6上的标记点，调整飞机左右两个滑行灯的安装角度，直至激光标记点以飞机中轴面中心对称且水平高度一致，完成飞机滑行灯1的调校。

所述水平垂直双轴传感器用于采集靶板6的俯仰及偏转角度参数δ，并传递至中央处理器，可采用深圳市春草科技有限公司的HVT126T型双轴传感器。进一步的，靶板6上还安装有圆形水准仪7，所述圆形水准仪7用于验证靶板平面8的水平度及铅直度，校验靶板6是否达到找平姿态要求。

所述中央处理器与所述对地高度检测仪、水平垂直双轴传感器、激光水平测距仪9和感光传感器连接，用于接收各项滑行灯调校所需的检测数据并控制姿态调节机构和升降机构对靶板6进行自动校准。

实施例2

本实施了提供了一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统的校准方法，包括以下步骤：

步骤a：如图2所示，将激光定位装置16置于飞机前腹千斤顶顶块中心点的正下方进行飞机轴线定位，将其使三轴激光仪12发出的红色竖直激光线与飞机中轴面对准；

步骤b：将靶板6置于飞机航向前被测位置处，使靶板6的中线与三轴激光仪12发出的绿色垂直激光线对齐；

步骤c：将激光仪4安装在飞机滑行灯1上，模拟飞机滑行灯1在靶板6上形成激光标记点，采用对地高度检测仪获取飞机滑行灯1的对地检测高度数据H0；

步骤d：水平垂直双轴传感器获取靶板6的俯仰及偏转角度参数δ，对地高度检测仪获取靶板6对地高度参数H，当前述参数在设定的正常范围时，开始校准工作：

（i）中央处理器接收激光仪4的对地测距高度数据H0，然后控制升降装置使靶板6的0刻度线高度处于H1， H0与H之间满足一定的换算关系，根据工程设计确定，此时靶板6中线与三轴激光仪12的绿色垂直激光线重合；

（ii）中央处理器再次接收水平垂直双轴传感器的实时检测数值，控制姿态调节机构自动校准靶板平面8垂直于地平面；

（iii）感光传感器接收三轴激光仪的绿色垂直激光线的光，对比光照的最大值，校准靶板与飞机中心中轴界面相互垂直；如图5所示，以三轴激光仪发出的垂直激光线代表飞机中轴线（见图中线a），该垂直激光线与靶板平面相交（见图中平面β），靶板自动调整后与激光线a垂直，即有a⊥β,且

,则α⊥β，即飞机中轴面与靶板平面相互垂直。

步骤e：在飞机中轴面与靶板平面相互垂直的前提条件下，通过观测激光仪的激光标记点在靶板上的投影位置，以此为依据，调节飞机左右两个滑行灯的安装角度，直至激光标记点以飞机中轴面中心对称且水平高度一致，完成校准。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，对于熟悉本技术领域的技术人员来说，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或修改，均应当包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，包括：

激光仪，安装在飞机滑行灯上，用于模拟飞机滑行灯投射于靶板上的光斑中心位置；

靶板，安装在飞机头前方待测位置，用于观测激光仪的激光标记点位置；

三轴激光仪，安装在飞机前腹千斤顶顶块中心的正下方，可发射不同颜色的竖直激光线和十字激光线，所述竖直激光线用于对准飞机中轴面，十字激光线中的垂直激光线用于对准飞机中轴面和靶板中线；

感光传感器，安装在靶板上，用于接收三轴激光仪发出的绿色垂直激光线信号；

对地高度检测仪，分别安装在激光仪和靶板上，用于获取飞机滑行灯的对地高度参数HO和靶板顶部的对地高度H；

水平垂直双轴传感器，用于获取靶板的俯仰及偏转角度参数δ；

姿态调节机构，设置在靶板背面，用于调节靶板的俯仰及偏转角度；

升降机构，设置在靶板下方，用于调节靶板的高度；

中央处理器，与所述对地高度检测仪、水平垂直双轴传感器、激光水平测距仪和感光传感器连接，用于接收各项检测数据并控制姿态调节机构和升降机构对靶板进行校准。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，还包括激光水平测距仪和水平测距感应面，所述激光水平测距仪设置在靶板平面上，用于检测靶板到飞机千斤顶中心点的水平距离S；所述水平测距感应面设置在三轴激光仪下方，作为测距截止面配合激光水平测距仪测距。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，所述靶板通过万向轴转动连接在升降机构的上端，升降机构底部固定在安装座上，所述姿态调节机构为伸缩气缸组，所述伸缩气缸组的输出端滑动连接在靶板背面。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，所述升降机构为丝杆。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，还包括可调节激光仪偏转角度的夹持装置，所述激光仪通过夹持装置安装在飞机滑行灯的散热片上。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，还包括圆形水准仪，所述圆形水准仪安装于靶板上，用于验证靶板平面的水平度及铅直度。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统，其特征在于，还包括定位摇杆，所述定位摇杆设置在水平测距感应面下方，用于微调三轴激光仪的X轴及Y轴的偏移量。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于激光定位原理的飞机滑行灯安装角度校准系统的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：将三轴激光仪置于飞机前腹千斤顶顶块中心点的正下方进行飞机轴线定位，使其发出的竖直激光线与飞机中轴面对准；

步骤b：将靶板置于飞机航向前被测位置处，使靶板中线与三轴激光仪发出的绿色垂直激光线对齐；

步骤c：将激光仪安装在飞机滑行灯上，模拟飞机滑行灯在靶板上形成激光标记点，采用对地高度检测仪获取飞机滑行灯的对地检测高度数据H0；

步骤d：采用水平垂直双轴传感器获取靶板的俯仰及偏转角度参数δ，采用对地高度检测仪获取靶板对地高度参数H，当前述参数在正常范围时开始校准工作：

处理器或工控机接收激光仪的对地测距高度数据H0，然后控制升降装置使靶板的0刻度线高度处于H1，此时靶板中线与三轴激光仪的绿色垂直激光线重合；

工控机根据水平垂直双轴传感器的实时检测数值，控制姿态调节机构自动校准靶板平面垂直于地平面；

感光传感器接收三轴激光仪的绿色垂直激光线的光，对比光照的最大值，校准靶板与飞机中心中轴界面相互垂直；

步骤e：在飞机中轴面与靶板平面相互垂直的前提条件下，通过观测激光仪的激光标记点在靶板上的投影位置，以此为依据，调节飞机左右两个滑行灯的安装角度，直至激光标记点以飞机中轴面中心对称且水平高度一致，完成校准。

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