激光跟踪仪在飞机雷达天线面板安装精度测量中的应用

　　0 引 言

　　飞机总装配阶段需要进行一系列的测量工作。由于空间、精度要求的限制，机载设备装配精度的测量对测量设备和操作者提出了很高的要求，如雷达天线面板最小设计允许误差的测量值一般在±4'～±12'之间，而总装厂传统的测量手段(水平仪、象限仪)是无法满足如此高精度测量要求的。经过分析调研，首次尝试将激光跟踪仪引入飞机的总装配生产中。

　　1 激光跟踪仪概述

　　激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的测量仪器。它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简单等特点，适合于大尺寸工件装备的测量。激光跟踪测量系统一般由激光跟踪头(跟踪仪)、控制器、用户计算机、反射器(靶镜)及测量附件等组成。

　　2 激光跟踪仪测量原理概述

　　激光跟踪仪是移动式光学三坐标测量设备，核心是一台激光干涉仪，以极坐标原理为工作原理，跟踪头发射激光至一个由三棱镜反射器组成的球形反射镜，且激光束与反射镜的中心始终保持对准，随着反射镜在被测物体上的移动，激光束被反射镜连续地反射回跟踪仪，从而测出跟踪仪与反射镜之间的距离。

　　激光跟踪仪的可移动特性，使其测量时的坐标系随跟踪仪位置的变化而变化，为了使激光跟踪仪在不同位置具有相同的测量坐标系，每次移动激光跟踪仪后必须对其进行转站。在实际测量中，使用地标点进行激光跟踪仪的转站。转站原理如下。

　　假设跟踪仪在初始测量坐标系下对地标点的测量值为P测量，对地标点的理论值为P理论，那么必然存在一个旋转变换矩阵R和一个平移变换矩阵T，使得 R×P测量+T=P理论。

　　理论上，只要有不在同一直线上的3个点就可以确定旋转变换矩阵R和平移变换矩阵T的值(R，T)。实际上，测量存在误差，3个或多个测量点P测量经过变换(R，T)后不可能完全等于P理论，需要利用最小二乘拟合方法寻找一组最佳的(R，T)，使变换后各点与理论点的距离之和最小，即

　　激光跟踪仪的转站计算就是利用最小二乘拟合方法求解最佳的(R，T)的过程。转站算法由激光跟踪仪的内部函数提供，测量软件通过调用生产厂家提供的二次开发接口函数实现转站。转站后，自动弹出的转站报告显示了该次转站各点相对于理论值的偏差，即转站误差。由于该误差是由激光跟踪仪在当前位置测量所得地标点数据直接与地标点理论值进行计算所得，不是在前面转站数据的基础上进行计算所得，因而不存在多次转站间的误差累积，同时转站也不会对地标点的理论值产生影响。又由于每次转站都与地标点的理论值进行比较计算，给出转站误差报告，相当于每次转站都是在对地标点理论位置进行复核。