激光鋪層定位系統(tǒng)校準(zhǔn)技術(shù)的研究

查振興++張磊磊

摘 要 激光鋪層定位系統(tǒng)是復(fù)合材料鋪貼過程控制中重要的測(cè)量設(shè)備，本文介紹了對(duì)激光鋪層定位系統(tǒng)的精度和CDS工裝校準(zhǔn)方法，這種方法有效的保證了其對(duì)產(chǎn)品測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)提高產(chǎn)品檢驗(yàn)質(zhì)量起到了有力的保障，對(duì)公司管件質(zhì)量控制有著重要意義。

關(guān)鍵詞 激光鋪層定位系統(tǒng)；校準(zhǔn)方法；CDS

中圖分類號(hào)：TN247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）19-0047-01

激光鋪層定位技術(shù)是復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝中最先進(jìn)的技術(shù)之一，已廣泛運(yùn)用在復(fù)合材料零件制造領(lǐng)域中。該生產(chǎn)工藝在復(fù)合材料件成型鋪層這一工序中，能大大節(jié)約材料、降低成本、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著西飛復(fù)合材料廠對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)品工藝要求的不斷提高，復(fù)合材料廠已不斷增加激光鋪層定位系統(tǒng)來滿足日益增長(zhǎng)的生產(chǎn)需求。

1 研究的目的

我公司早在2000年初就已引進(jìn)了數(shù)套加拿大VIRTEK公司的激光鋪層定位系統(tǒng)（也稱“激光投影系統(tǒng)”），用于生產(chǎn)復(fù)合材料。我公司也是航空系統(tǒng)最早引入激光鋪層定位技術(shù)的公司。復(fù)合材料的人工鋪貼常常需鋪覆多達(dá)十幾層不同外形的材料片，而激光鋪層定位技術(shù)就是解決材料位置和外形準(zhǔn)確性的技術(shù)。近年來，隨著波音（Boeing Co.）對(duì)復(fù)材質(zhì)量的不斷提高，并要求將激光鋪層定位系統(tǒng)歸入到計(jì)量設(shè)備管理，如何確保鋪層定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，是本文討論的重點(diǎn)。

2 激光鋪層定位系統(tǒng)的檢定

2.1 技術(shù)要求

復(fù)合材料的人工鋪貼常常需鋪覆多達(dá)十幾層不同外形的材料片，不同外形的材料片需按照零件CAD模型及工藝要求鋪貼，根據(jù)波音公司對(duì)相關(guān)復(fù)合材料的技術(shù)裝配要求，鋪貼精度主要有以下5方面。

1）外觀：設(shè)備表面不應(yīng)有銹蝕、碰傷、脫漆以及明顯的

劃痕。

2）計(jì)算機(jī)軟件：顯示屏顯示正常，軟件應(yīng)具備所需功能。

3）激光線位置精度：不超過±0.76 mm范圍。

4）激光線寬度精度：線寬在0.50 mm～1.93 mm。

5）靶標(biāo)位置精度：不超過±0.76 mm范圍。

在激光鋪層定位系統(tǒng)的技術(shù)要求中，1、2項(xiàng)主要是通過目力觀察和實(shí)際操作來檢定。而其他三項(xiàng)都是要通過儀器來檢定。

2.2 激光鋪層定位系統(tǒng)的檢定

鋪層定位系統(tǒng)的檢定主要通過標(biāo)準(zhǔn)工裝CDS（Circle Diamond Square）來實(shí)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)工裝CDS是由一系列按一定規(guī)則分布的靶標(biāo)及圓形和方形的刻線槽組成，因此首先要確定標(biāo)準(zhǔn)工裝的正確性，標(biāo)準(zhǔn)工裝要由CMM測(cè)量機(jī)檢定合格之后，方能使用。

啟動(dòng)鋪層定位系統(tǒng)應(yīng)用程序，調(diào)用CDS工裝模型，激光器將CDS模型線投影至標(biāo)準(zhǔn)工裝。

激光線位置和寬度檢定：將激光線投影到標(biāo)準(zhǔn)工裝的線槽內(nèi)，分別投影正方形、圓形、圓內(nèi)正方形。利用卡尺觀測(cè)激光線相對(duì)于線槽中心線的位置和線寬，精度應(yīng)滿足3項(xiàng)和4項(xiàng)的技術(shù)要求。

靶標(biāo)位置的檢定：將標(biāo)準(zhǔn)工裝置于激光頭下方4.8米左右處的位置，運(yùn)行掃描程序，激光頭自動(dòng)掃描標(biāo)準(zhǔn)工裝上的靶標(biāo)位置（共36個(gè)位置），掃描結(jié)束后軟件自動(dòng)比對(duì)其內(nèi)部的理論值，得到誤差值，進(jìn)而生成結(jié)果報(bào)告。若誤差值在技術(shù)要求的精度范圍之內(nèi)，則認(rèn)為其符合要求。

3 標(biāo)準(zhǔn)工裝的檢定

標(biāo)準(zhǔn)工裝（CDS）是激光鋪層定位系統(tǒng)的主要檢具，由廠家提供。因此在每年的周期檢定之前要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工裝的精度進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)計(jì)量檢測(cè)設(shè)備選擇原則，計(jì)量器具的精度應(yīng)是被檢設(shè)備的1/10～1/4，才能滿足量值傳遞的要求，因此將標(biāo)準(zhǔn)工裝的精度定為±0.19 mm范圍。實(shí)際工作中我們采用?？怂箍瞪a(chǎn)的20米測(cè)量機(jī)LAMBDA SP 3020020（精度：8.0+11L/1000um）來進(jìn)行標(biāo)定，此種檢定方法及設(shè)備選擇也通過了波音代表的

批準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)工裝的檢定過程：

檢定時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)工裝水平放置于CMM工作平臺(tái)上，并盡量與測(cè)量機(jī)軸方向一致。先手動(dòng)建立CDS工裝零件坐標(biāo)系，方法是分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)工裝上編號(hào)為1、5、29、33四個(gè)靶標(biāo)柱及靶標(biāo)上相應(yīng)的反光平面，得到交點(diǎn)位置，編制測(cè)量程序，將交點(diǎn)位置與CDS模型理論值進(jìn)行擬合運(yùn)算，建立起CDS零件坐標(biāo)系。運(yùn)行測(cè)量程序，自動(dòng)測(cè)量36個(gè)靶標(biāo)，得到各個(gè)靶標(biāo)實(shí)測(cè)值。將實(shí)測(cè)值與CDS理論值進(jìn)行比較，得出誤差值。若誤差值滿足±0.19 mm范圍，則認(rèn)為CDS滿足要求，可以用來檢定激光鋪層定位系統(tǒng)。若誤差值不滿足±0.19 mm范圍，則修正CDS工裝理論值，重新進(jìn)行標(biāo)定。

CDS工裝標(biāo)定示意圖如下。

4 結(jié)論

通過測(cè)量機(jī)來檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)工裝，再經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)工裝檢測(cè)激光鋪層定位系統(tǒng)，此種方法是滿足了計(jì)量設(shè)備量值溯源的要求。經(jīng)過多次實(shí)測(cè)，認(rèn)為此種方法是可靠有效的，并通過了波音代表對(duì)激光定位鋪層系統(tǒng)的鑒定要求，此方法及思路對(duì)其他航空廠也有借鑒意義。

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