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光学测量仪技术在航天领域

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发表于 2014-1-20 13:14:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
  光学测量技术给精密测试领域注入了新的活力,它将光学技术与现代电子技术相结合,光学测量仪具有非接触、自动化程度高、测量精度高、速度快、信息容量大、效率高等突出特点,已广泛应用于工业、农业、军事、医学或空间科学等领域,并展现出了独特的优势。航空航天制造业与普通制造业有着巨大的区别,航空航天产品出现质量问题就会造成不可估量的后果,因此,测量设备的贡献是不可磨灭的。
  航空航天行业的零件种类繁多,形状各异,尺寸要求较为严格。对于复杂的机加工零件,需要检测的尺寸较多,CMM无法快速检测所有尺寸,采用光学三维测量的方式,获取整个零件的三维外形数据,能在几十分钟的时间内检测出所有需要检测的尺寸信息。
  随着现代制造业的快速发展,航空航天、汽车等大型制造业对质量控制提出了更高的要求,且由于这些行业的产品一般大而重,往往需要将质量问题在现场实时解决。正是基于这种需求,近20年来各种便携式光学三维测量技术相继问世,其中结构光三维测量技术由于具有便携性强、测量速度快、测量精度高等优点,已成为目前使用最为广泛的一种三维测量技术。
  光学检测是利用光学透镜来扩大物体影像,因此可对物体的特点做出精确的评估,光学测量是生产制造过程中质量控制环节上重要的一步。它包括通过操作者的观察进行的快速、主观性的检测,也包括通过测量仪器进行的自动定量检测。光学测量既可以在线下进行,即将工件从生产线上取下送到检测台进行测量;还可以在线进行,即工件无须离开产线;此外,工件还可以在生产线旁接受检测,完成后可以迅速返回生产线。
  光学测量技术在航空航天检测中的应用主要在以下两个方面:(1)复杂零件的面型检测。特别对于毛坯零件加工余量的检测,非常适合;(2)关键尺寸的检测。如孔的位置、直径,各种角度、长度,GD&T等。按航空航天型号产品的结构、用途和特点,除选择通用的检测设备外,应用在航空航天机械制造上的测量设备还很多。主要有三类:
  ①光学比较仪,它是一种精度较高的光学机械式计量仪器,在机械制造和仪器制造中有着广泛的应用,主要用于相对法测量。
  ②数字影像测量仪(视频测量显微镜、CNC视频测量仪),能高效地检测各种形状复杂工件的轮廓和表面形状及尺寸、角度和位置,特别是精密零部件的微观检测与质量控制。
  ③三坐标测量仪,是航空航天机械制造常用的测量设备,主要进行接触式测量,可以自动执行测量功能,具有高稳定性的测量系统,能够快速有效地完成通用检测,有效地提高检测效率,确保测量精度及稳定性,可替代工具显微镜和投影仪,具有系统分析和自动检测等功能。
  以合作航天器近距离交会为应用背景,发展了基于视线测量的自主光学相对导航算法。首先,基于透视投影模型的共线方程,给出导航测量方程和测量敏感矩阵;接着利用
光学测量仪的CCD相机获取的多个视线矢量,分别应用高斯最小二乘微分算法和扩展卡尔曼滤波算法对相对位置和姿态进行估计;最后通过数学仿真对发展的自主导航算法的可行性进行了验证。仿真结果表明该相对导航算法能够满足航天器近距离交会任务对导航精度的要求。
  当前光学、电子技术的进步推动几何量计量技术向高精度、高效率的方向迅速发展。各种精密光学测量技术、光学测量仪器以及方法在国防科技工业领域具有广泛应用。航空航天领域更加迫切需要几何量测量与校准技术的研发与应用。


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