激光鋪層定位系統校準技術的研究

查振興++張磊磊

摘 要 激光鋪層定位系統是復合材料鋪貼過程控制中重要的測量設備，本文介紹了對激光鋪層定位系統的精度和CDS工裝校準方法，這種方法有效的保證了其對產品測量的準確性，對提高產品檢驗質量起到了有力的保障，對公司管件質量控制有著重要意義。

關鍵詞 激光鋪層定位系統；校準方法；CDS

中圖分類號：TN247 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）19-0047-01

激光鋪層定位技術是復合材料產業化生產工藝中最先進的技術之一，已廣泛運用在復合材料零件制造領域中。該生產工藝在復合材料件成型鋪層這一工序中，能大大節約材料、降低成本、提高生產效率和產品質量。隨著西飛復合材料廠對復合材料產品工藝要求的不斷提高，復合材料廠已不斷增加激光鋪層定位系統來滿足日益增長的生產需求。

1 研究的目的

我公司早在2000年初就已引進了數套加拿大VIRTEK公司的激光鋪層定位系統（也稱“激光投影系統”），用于生產復合材料。我公司也是航空系統最早引入激光鋪層定位技術的公司。復合材料的人工鋪貼常常需鋪覆多達十幾層不同外形的材料片，而激光鋪層定位技術就是解決材料位置和外形準確性的技術。近年來，隨著波音（Boeing Co.）對復材質量的不斷提高，并要求將激光鋪層定位系統歸入到計量設備管理，如何確保鋪層定位系統的準確性，是本文討論的重點。

2 激光鋪層定位系統的檢定

2.1 技術要求

復合材料的人工鋪貼常常需鋪覆多達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，根據波音公司對相關復合材料的技術裝配要求，鋪貼精度主要有以下5方面。

1）外觀：設備表面不應有銹蝕、碰傷、脫漆以及明顯的

劃痕。

2）計算機軟件：顯示屏顯示正常，軟件應具備所需功能。

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）靶標位置精度：不超過±0.76 mm范圍。

在激光鋪層定位系統的技術要求中，1、2項主要是通過目力觀察和實際操作來檢定。而其他三項都是要通過儀器來檢定。

2.2 激光鋪層定位系統的檢定

鋪層定位系統的檢定主要通過標準工裝CDS（Circle Diamond Square）來實現，標準工裝CDS是由一系列按一定規則分布的靶標及圓形和方形的刻線槽組成，因此首先要確定標準工裝的正確性，標準工裝要由CMM測量機檢定合格之后，方能使用。

啟動鋪層定位系統應用程序，調用CDS工裝模型，激光器將CDS模型線投影至標準工裝。

激光線位置和寬度檢定：將激光線投影到標準工裝的線槽內，分別投影正方形、圓形、圓內正方形。利用卡尺觀測激光線相對于線槽中心線的位置和線寬，精度應滿足3項和4項的技術要求。

靶標位置的檢定：將標準工裝置于激光頭下方4.8米左右處的位置，運行掃描程序，激光頭自動掃描標準工裝上的靶標位置（共36個位置），掃描結束后軟件自動比對其內部的理論值，得到誤差值，進而生成結果報告。若誤差值在技術要求的精度范圍之內，則認為其符合要求。

3 標準工裝的檢定

標準工裝（CDS）是激光鋪層定位系統的主要檢具，由廠家提供。因此在每年的周期檢定之前要對標準工裝的精度進行標定，根據計量檢測設備選擇原則，計量器具的精度應是被檢設備的1/10～1/4，才能滿足量值傳遞的要求，因此將標準工裝的精度定為±0.19 mm范圍。實際工作中我們采用海克斯康生產的20米測量機LAMBDA SP 3020020（精度：8.0+11L/1000um）來進行標定，此種檢定方法及設備選擇也通過了波音代表的

批準。

標準工裝的檢定過程：

檢定時，將標準工裝水平放置于CMM工作平臺上，并盡量與測量機軸方向一致。先手動建立CDS工裝零件坐標系，方法是分別測量標準工裝上編號為1、5、29、33四個靶標柱及靶標上相應的反光平面，得到交點位置，編制測量程序，將交點位置與CDS模型理論值進行擬合運算，建立起CDS零件坐標系。運行測量程序，自動測量36個靶標，得到各個靶標實測值。將實測值與CDS理論值進行比較，得出誤差值。若誤差值滿足±0.19 mm范圍，則認為CDS滿足要求，可以用來檢定激光鋪層定位系統。若誤差值不滿足±0.19 mm范圍，則修正CDS工裝理論值，重新進行標定。

CDS工裝標定示意圖如下。

4 結論

通過測量機來檢測標準工裝，再經由標準工裝檢測激光鋪層定位系統，此種方法是滿足了計量設備量值溯源的要求。經過多次實測，認為此種方法是可靠有效的，并通過了波音代表對激光定位鋪層系統的鑒定要求，此方法及思路對其他航空廠也有借鑒意義。

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