CN113483658B - 一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置及测量方法，通过设置探针来对测量基准点进行定位，然后通过装置上设置的测量靶球和探针的线性空间位置关系转换得到基准点的位置关系，从而实现了对机身表面的测量。

Description

一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于通用航空设置测量技术领域，具体地说，涉及一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置及测量方法。

背景技术

飞行器研制过程中需要执行部件对接、水平测量、成品校准等一系列测量任务。因机体表面测量仪器光路不可直达测量区域时，或者测量点位处于孔内，先前冲打在机体上的基准点多数无法做到可视可达，不便于现有测量设备进行测量操作，测量结果的精度也受到一定程度的影响。目前业内解决此类问题的方法是采用激光跟踪仪+TPROBE进行测量，并且，目前飞行器主要采用临时靶点进行水平测量，飞行器试验过程不支持在机身表面补充靶点，这就对测量工作的正常进行造成了阻碍。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置及测量方法，通过设置探针来对测量基准点进行定位，然后通过装置上设置的测量靶球和探针的线性空间位置关系转换得到基准点的位置关系，从而实现了对机身表面的测量。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，所述飞机基准点测量装置包括探针、基准杆、靶座安装杆、测量靶球座、测量靶球；

所述测量靶球座分别设置在竖直的靶座安装杆的一侧的上下两端，所述测量靶球分别安装在上下两端的两个测量靶球座上；

将探针安装在所述基准杆的下端；

将基准杆的上端安装在靶座安装杆的下端，使得探针与两个测量靶球层一条直线设置在所述靶座安装杆的下端。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述基准杆上横向设置有基准杆连接板，所述基准杆连接板的两端向外延伸，在基准杆连接板的两端设置有用于吸附固定在机身上的吸盘装置。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述吸盘装置包括吸盘连接板、连接螺钉、真空吸盘、腰形板；

所述真空吸盘的顶端竖直设置两个导柱；所述吸盘连接板设置有导孔，并通过导孔与导柱连接形成上下移动的限位结构；

所述吸盘连接板上还设置有螺纹孔，并通过螺纹孔和连接螺钉与基准杆连接板的对应端固定连接的结构；

所述腰型板通过螺钉固定连接在真空吸盘的两个导柱的顶端，形成将吸盘连接板在导柱上限位移动的结构。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述飞机基准点测量装置还包括锁紧螺纹滑动套、锁紧螺钉、嵌入螺纹；

所述基准杆螺纹安装在锁紧螺纹滑动套上，并通过锁紧螺钉固定；所述基准杆的下端为侧面开口的管道结构，所述探针的上端安装入基准杆的侧面开口的管道结构内，并通过嵌入螺纹和锁紧螺纹滑动套配合构成将探针可拆卸地锁紧在基准杆内的结构。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述测量靶球为将0.5”的整体球体，沿着子午线方向切割1/4～3/8的球体后得到的靶球结构。

本发明还提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量方法，基于上述的一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将位于靶座安装杆上方的测量靶球的球体中心的坐标点定义为A₁(X₁,Y₁,Z₁)，将位于靶座安装杆下方的测量靶球的球体中心的坐标点定义为A₂(X₂,Y₂,Z₂)，测量得到两个测量靶球的球体中心之间的标定距离L1，以及探针的针尖与位于下方的测量靶球的球体中心的标定距离L2；

步骤2：将探针伸入到深孔中对准待测量的基准点P，根据坐标点A1、坐标点A2、标定距离L1和标定距离L2对针尖的位置及基准点P的位置进行测量，具体计算公式如下：

首先计算坐标点A1和坐标点A2构成的空间直线方程：

然后设定基准点P的坐标为P(X,Y,Z)，带入空间直线方程中，得到：

最后计算得到基准点P的坐标P(X,Y,Z)的具体值。

本发明还提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量方法，基于上述的一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将位于靶座安装杆上方的测量靶球的球体中心的坐标点定义为A₁(X₁,Y₁,Z₁)，将位于靶座安装杆下方的测量靶球的球体中心的坐标点定义为A₂(X₂,Y₂,Z₂)，测量得到两个测量靶球的球体中心之间的标定距离L1，以及探针的针尖与位于下方的测量靶球的球体中心的标定距离L2；在探针伸入深孔中时，将真空吸盘吸附固定在机身上，然后调节吸盘连接板在导柱上的位置来进行探针伸入深孔中位置的调节，直到探针的针尖位于基准点P上为止；

步骤2：将探针伸入到深孔中对准待测量的基准点P，根据坐标点A1、坐标点A2、标定距离L1和标定距离L2对针尖的位置及基准点P的位置进行测量，具体计算公式如下：

首先计算坐标点A1和坐标点A2构成的空间直线方程：

然后设定基准点P的坐标为P(X,Y,Z)，带入空间直线方程中，得到：

最后计算得到基准点P的坐标P(X,Y,Z)的具体值。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

在飞机的机体表面上有测量仪器光路不可直达的区域，先前冲打在机体上的基准点多数无法可视可达，测量测量不便、测量结果精度低，本发明很好地解决了这类问题。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置结构爆炸示意图。

其中：1、靶座安装杆，2、测量靶球座，3、测量靶球，4、基准杆，5、锁紧螺纹滑动套，6、锁紧螺钉，7、嵌入螺纹，8、基准杆连接板，9、吸盘连接板，10、连接螺钉，11、探针，12、真空吸盘，13、腰形板。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“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；也可以是直接相连，也可以是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：

本实施例提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，如图1、图2所示，所述飞机基准点测量装置包括探针11、基准杆4、靶座安装杆1、测量靶球座2、测量靶球3；

所述测量靶球座2分别设置在竖直的靶座安装杆1的一侧的上下两端，所述测量靶球3分别安装在上下两端的两个测量靶球座2上；

将探针11安装在所述基准杆4的下端；

将基准杆4的上端安装在靶座安装杆1的下端，使得探针11与两个测量靶球3层一条直线设置在所述靶座安装杆1的下端。

进一步地，所述基准杆4上横向设置有基准杆连接板8，所述基准杆连接板8的两端向外延伸，在基准杆连接板8的两端设置有用于吸附固定在机身上的吸盘装置。

进一步地，所述吸盘装置包括吸盘连接板9、连接螺钉10、真空吸盘12、腰形板13；

所述真空吸盘12的顶端竖直设置两个导柱；所述吸盘连接板9设置有导孔，并通过导孔与导柱连接形成上下移动的限位结构；

所述吸盘连接板9上还设置有螺纹孔，并通过螺纹孔和连接螺钉10与基准杆连接板8的对应端固定连接的结构；

所述腰型板13通过螺钉固定连接在真空吸盘12的两个导柱的顶端，形成将吸盘连接板9在导柱上限位移动的结构。

进一步地，所述飞机基准点测量装置还包括锁紧螺纹滑动套5、锁紧螺钉6、嵌入螺纹7；

所述基准杆4螺纹安装在锁紧螺纹滑动套5上，并通过锁紧螺钉6固定；所述基准杆4的下端为侧面开口的管道结构，所述探针11的上端安装入基准杆4的侧面开口的管道结构内，并通过嵌入螺纹7和锁紧螺纹滑动套5配合构成将探针11可拆卸地锁紧在基准杆4内的结构。

进一步地，所述测量靶球3为将0.5”的整体球体，沿着子午线方向切割1/4～3/8的球体后得到的靶球结构。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，进一步地，如图1、图2所示，本发明实施例中，一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，包括靶靶座安装杆1、测量靶球座2、测量靶球3、基准杆4、锁紧螺纹滑动套5、锁紧螺钉6、嵌入螺纹7、基准杆连接板8、吸盘连接板9、连接螺钉10、探针11、真空吸盘12、腰形板13。

如图1所示，靶座安装杆1采用L型结构，用于安装测量靶球座2和基准杆4。靶座安装杆是测量设备的主要结构，安装杆的膨胀系数尽可能小，采用钢结构，在温度变化10℃时，不影响测量精度；安装杆的直线度不大于0.05mm。

如图1所示，测量靶球座2采用销钉定位的方式在靶座安装杆1上安装定位，两个靶座距离为100mm，销孔精度优于0.02mm。测量靶球座2应该具有足够的磁性吸力，确保在任意姿态条件下，测量靶球3都稳定的固定在靶座上。

如图1所示，测量靶球3是实现测量测量的照准目标。便于测量从不同的方向上照准，将0.5”的整体精密球体，沿着子午线方向切割约1/4～3/8的球体，形成图2所示的靶球形状，便于靶球在0～90°的范围内转动。测量测量系统属于典型的光学测量系统，需要靶标处于清晰状态，因此在靶球3的中心位置，设置清晰的照准标志，采用测量圆环照准标志模式。由于靶球3需要稳定的固定在测量靶球座2上，测量靶球座2为磁性基座，因此靶球3材质可采用钢材。

如图1所示，基准杆4与靶座安装杆1采用M5螺纹连接，基准杆4顶部侧面设计有

通孔，方便安装拆卸，基准杆4底部外侧面采用光面带平面设计方便顶丝顶住。基准杆4与锁紧螺纹滑动套5采用销孔间隙配合，通过锁紧螺钉6与基准杆4固定，固定后基准杆4与锁紧螺纹滑动套5固为一体，锁紧螺纹滑动套5底部外侧为细牙螺纹，通过嵌入螺纹7与吸盘连接板8连接。

如图1所示，探针11顶部采用销孔与基准杆4配合、采用M5螺接与基准杆4进行连接，探针顶11部设计有通孔实现锁紧。探针11的直径可根据测量孔径的直径进行选择，探针11的直径不能太大，否则无法对准空位底部的飞机基准点，与此同时，也不能太细，否则强度无法满足要求，且整个探针应采用一体化加工模式，确保探针结构的精度。为增强探针11的耐磨性，探针11的针尖采用0.1mm的倒角结构，减弱探针11由于针尖的磨损而引起的测量误差。

如图1所示，基准杆连接板8通过嵌入螺纹7与锁紧螺纹滑动套5底部外侧的细牙螺纹旋紧配合，基准杆连接板8两端对称分布1个M4螺纹，通过连接螺钉10与吸盘连接板9连接。

如图2所示，吸盘连接板9成U形，U形底部有直径为6.5mm的通孔，真空吸盘12的导柱穿过该通孔与吸盘连接板相连。

如图2所示，所述真空吸盘12的导柱穿过吸盘连接板9的通孔与吸盘连接板9相连。导柱顶部有螺纹，用于固定腰形板13。腰形板13用螺钉固定后，吸盘连接板9可以在真空吸盘12的导柱上滑动，但不会脱落。吸盘结构是实现测量设备稳定固定在机身的关键结构，为满足飞机蒙皮、结构孔、冷结构等三种不同表面的吸附要求，真空吸盘12可使用工业吸盘，工业吸盘的结构这里不再赘述。

经纬仪靶球结构是实现经纬仪测量的照准目标，靶球结构主要考虑以下几个方面的因素：

1、便于经纬仪照准

将0.5”的整体精密球体，沿着子午线方向切割约1/4～3/8的球体，形成最终的靶球形状，便于靶球在0～90°的范围内转动，便于经纬仪从不同的方向上照准；

2、靶标中心需要清晰

经纬仪测量系统属于典型的光学测量系统，需要靶标处于清晰状态，因此在靶球的中心位置，设置清晰的照准标志，采用经纬仪圆环照准标志模式。

3、靶球材质

由于靶球需要稳定的固定在磁性基座上，因此靶球材质采用钢。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例还提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量方法，基于上述的一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将位于靶座安装杆1上方的测量靶球2的球体中心的坐标点定义为A₁(X₁,Y₁,Z₁)，将位于靶座安装杆1下方的测量靶球2的球体中心的坐标点定义为A₂(X₂,Y₂,Z₂)，测量得到两个测量靶球2的球体中心之间的标定距离L1，以及探针11的针尖与位于下方的测量靶球2的球体中心的标定距离L2；

步骤2：将探针11伸入到深孔中对准待测量的基准点P，根据坐标点A1、坐标点A2、标定距离L1和标定距离L2对针尖的位置及基准点P的位置进行测量，具体计算公式如下：

首先计算坐标点A1和坐标点A2构成的空间直线方程：

然后设定基准点P的坐标为P(X,Y,Z)，带入空间直线方程中，得到：

最后计算得到基准点P的坐标P(X,Y,Z)的具体值。

实施例4：

本实施例还提出了一种基于光学数字测量的飞机基准点测量方法，基于上述的一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将位于靶座安装杆1上方的测量靶球2的球体中心的坐标点定义为A₁(X₁,Y₁,Z₁)，将位于靶座安装杆1下方的测量靶球2的球体中心的坐标点定义为A₂(X₂,Y₂,Z₂)，测量得到两个测量靶球2的球体中心之间的标定距离L1，以及探针11的针尖与位于下方的测量靶球2的球体中心的标定距离L2；在探针11伸入深孔中时，将真空吸盘12吸附固定在机身上，然后调节吸盘连接板9在导柱上的位置来进行探针11伸入深孔中位置的调节，直到探针11的针尖位于基准点P上为止；

步骤2：将探针11伸入到深孔中对准待测量的基准点P，根据坐标点A1、坐标点A2、标定距离L1和标定距离L2对针尖的位置及基准点P的位置进行测量，具体计算公式如下：

首先计算坐标点A1和坐标点A2构成的空间直线方程：

然后设定基准点P的坐标为P(X,Y,Z)，带入空间直线方程中，得到：

最后计算得到基准点P的坐标P(X,Y,Z)的具体值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于光学数字测量的飞机基准点测量方法，基于一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将位于靶座安装杆(1)上方的测量靶球(3 )的球体中心的坐标点定义为A₁(X₁,Y₁,Z₁)，将位于靶座安装杆(1)下方的测量靶球(3 )的球体中心的坐标点定义为A₂(X₂,Y₂,Z₂)，测量得到两个测量靶球(3 )的球体中心之间的标定距离L1，以及探针(11)的针尖与位于下方的测量靶球(3 )的球体中心的标定距离L2；

步骤2：将探针(11)伸入到深孔中对准待测量的基准点P，根据坐标点A1、坐标点A2、标定距离L1和标定距离L2对针尖的位置及基准点P的位置进行测量，具体计算公式如下：

首先计算坐标点A1和坐标点A2构成的空间直线方程：

然后设定基准点P的坐标为P(X,Y,Z)，带入空间直线方程中，得到：

最后计算得到基准点P的坐标P(X,Y,Z)的具体值；

所述飞机基准点测量装置用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，包括探针(11)、基准杆(4)、靶座安装杆(1)、测量靶球座(2)、测量靶球(3)；

所述测量靶球座(2)分别设置在竖直的靶座安装杆(1)的一侧的上下两端，所述测量靶球(3)分别安装在上下两端的两个测量靶球座(2)上；

将探针(11)安装在所述基准杆(4)的下端；

将基准杆(4)的上端安装在靶座安装杆(1)的下端，使得探针(11)与两个测量靶球(3)层一条直线设置在所述靶座安装杆(1)的下端。

2.一种基于光学数字测量的飞机基准点测量方法，基于一种基于光学数字测量的飞机基准点测量装置，用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将位于靶座安装杆(1)上方的测量靶球(2)的球体中心的坐标点定义为A₁(X₁,Y₁,Z₁)，将位于靶座安装杆(1)下方的测量靶球(2)的球体中心的坐标点定义为A₂(X₂,Y₂,Z₂)，测量得到两个测量靶球(2)的球体中心之间的标定距离L1，以及探针(11) 的针尖与位于下方的测量靶球(2)的球体中心的标定距离L2；在探针(11)伸入深孔中时，将真空吸盘(12)吸附固定在机身上，然后调节吸盘连接板(9)在导柱上的位置来进行探针(11)伸入深孔中位置的调节，直到探针(11)的针尖位于基准点P上为止；

步骤2：将探针(11)伸入到深孔中对准待测量的基准点P，根据坐标点A1、坐标点A2、标定距离L1和标定距离L2对针尖的位置及基准点P的位置进行测量，具体计算公式如下：

首先计算坐标点A1和坐标点A2构成的空间直线方程：

然后设定基准点P的坐标为P(X,Y,Z)，带入空间直线方程中，得到：

最后计算得到基准点P的坐标P(X,Y,Z)的具体值；

所述飞机基准点测量装置用于对飞机表面深孔中的基准点进行位置测量，包括探针(11)、基准杆(4)、靶座安装杆(1)、测量靶球座(2)、测量靶球(3)；

所述测量靶球座(2)分别设置在竖直的靶座安装杆(1)的一侧的上下两端，所述测量靶球(3)分别安装在上下两端的两个测量靶球座(2)上；

将探针(11)安装在所述基准杆(4)的下端；

将基准杆(4)的上端安装在靶座安装杆(1)的下端，使得探针(11)与两个测量靶球(3)层一条直线设置在所述靶座安装杆(1)的下端；

所述基准杆(4)上横向设置有基准杆连接板(8)，所述基准杆连接板(8)的两端向外延伸，在基准杆连接板(8)的两端设置有用于吸附固定在机身上的吸盘装置；

所述吸盘装置包括吸盘连接板(9)、连接螺钉(10)、真空吸盘(12)、腰形板(13)；

所述真空吸盘(12)的顶端竖直设置两个导柱；所述吸盘连接板(9)设置有导孔，并通过导孔与导柱连接形成上下移动的限位结构；

所述吸盘连接板(9)上还设置有螺纹孔，并通过螺纹孔和连接螺钉(10)与基准杆连接板(8)的对应端固定连接的结构；

所述腰形板(13)通过螺钉固定连接在真空吸盘(12)的两个导柱的顶端，形成将吸盘连接板(9)在导柱上限位移动的结构。

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