飞机制造正呈现大型化和整体化的发展趋势，且对于工艺装配的精密化水平也提出了更高标准的要求，同时大尺寸构件的加工难度也随之升级，在构件加工中如何保障尺寸的精度，如何提升工艺装配精度成为当前需要关注的共性问题。激光跟踪仪作为一种采用激光测量手段确定空间位置的测量仪器在高精密结构的安装和加工生产中具备独特的应用优势，对其在飞机工装制造中的应用展开研究势在必行。
1.激光跟踪仪的用途及工作原理
激光跟踪仪因具备坐标转换功能，通常被用于大型工装设备的外形测量和拟合环节，此外，还支持对数据和图形的分析，在大型设备的装配调试中也发挥着突出的作用。在飞机工装制造中，可以借助激光跟踪仪设备对其外形尺寸进行精准测量，有助于对外形结构形式的有效校正，在外形件的焊接作业中也能发挥较好的测量作用，可以显著提升焊接作业的可靠性。除此之外，在一些精密化要求较高的高新技术工程中也发挥了较好的测量作用。
具体工作原理：激光跟踪仪应用的过程便是借助激光手段进行距离测量的过程，其中主要由激光跟踪头、靶镜、控制器和测量软件几个部分组成，因其中存在两个轴转动测角，可以组成完整的坐标测量系统。既可完成对静态目标的测量任务，也可实现对移动目标的跟踪测量，且测量精度较为可靠，在飞机工装制造中得到广泛应用。激光跟踪头属于该仪器的关键组成部分，内部集成应用了伺服马达、角编码器等，是目前来讲，在高精度测量领域中应用频率较大的一类测量技术。实际测量中，是通过对激光的跟踪和测量来获得空间坐标。
2.飞机工装制造中激光跟踪仪的具体应用
2.1在后机身部件装配中的应用
进行飞机工装装配时，后机身部件是采取柔性装配措施，即使用激光跟踪仪对后机身部件的安装位置进行精准定位，确定空间坐标后，在该系统的指导下，完成装配平台的闭环控制，并对安装位置进行自动调整。具体装配过程如下：
先对定位器当前的位置姿态进行测量，得出的测量结果与理论位置姿态进行比较，在系统内部计算出二者的偏差，此后，将偏差值直接传递给装配平台的控制系统，由控制系统发布控制指令，促使装配平台自行改变运动轨迹，对定位器的位置偏差进行有效调整，此后再次复核定位器位置姿态，如仍旧存在位置偏差则需继续重复上述操作，直至定位器的位置达到最佳状态再将定位器锁紧。测量系统与装配平台控制系统之间的数据均需以统一的格式进行传播（.xls），以保障数据交流的通畅性。进行目标对象测量时，是先借助激光跟踪仪获得空间位置数据，再将其导入柔性化的数字装配信息集成控制系统中，通过对空间位置数据的集成处理形成装配调节计划，之后将相关调型数据传递到柔性工装系统，在调型数据的指导之下完成对伺服电机的驱动控制，促使定位立柱按设计要求走位。在上述系统的集成控制下，保障对后机身部件的精准定位，且对部件装配过程中的实时位置进行有效测量，这可为飞机装配作业效率提供可靠的保障。
2.2在大部件对接总装中的应用
某型飞机研制的预总装过程是通过采用近年来新的测量辅助装配工艺方法完成的，这种工艺方法依靠先进测量设备来辅助完成部件的定位，以装配对象的数字模型为基础，同时在装配过程中对装配对象进行实时测量，由获得的数字量位置信息来指导定位和调整，保证对接工艺要求。此型飞机的预总装工位，利用11个数控定位装置支撑调整前机身、后机身和中机身，在装配过程中，11个数控定位装置分别与飞机部件刚性地连接在一起，按预定路线支撑和移动部件，测量系统对参与装配的部件进行测量并将测量数据输入到系统的控制软件中，依据这些数据，系统计算出各部件需要移动的距离，以保证相邻部件的准确对接装配。此自动对接平台的测量系统是利用激光跟踪仪为基础构建的测量网，通过测量飞机零部件表面已知关键点坐标，实时解算飞机部件位置和空间姿态，并结合工装控制系统实现部件装配的闭环动态引导。通过利用以激光跟踪仪构建的测量系统为引导自动对接平台完成的大部件对合，缩短了飞机对接装配周期50%以上，对接精度偏差仅为传统工艺的20%。
2.3在飞机装配质量控制环节中的应用
基于飞机装配控制的基本需求以及飞机后机身结构的特点，进行装配测量场空间测量站位的优化布局，这里是借助DELMIA三维技术对于测量环节中的测量路径进行建模规划，在三维仿真技术的辅助作用下，实现了对大尺寸精确测量场的有效构建，其中主要涉及对框架、梁结构、平垂尾焦点等关键骨架结构的精准测量与装配。根据实际测量需求的不同，需要将激光跟踪仪安装在不同的位置上，在进行强框与弱框测量时，需要在测量场中布设两台激光跟踪仪，分别被设置在工装后侧中轴线的两侧，二者距离为1.7m，且保证与导轨后端面间隔2m，激光光源高度设置为3.2m。进行装配测量时，是将激光跟踪仪设置在工装位置的两侧，对立放置，2台跟踪仪均位于2根立柱的中心位置，且与立柱外端面保持2m距离，激光光源高度设置为3.8m，在测量梁与测量框的站位之间需设置3个基准点和4个ERS点，共同被作为装配作业中的基准参照点。
对框缘外形以及平垂尾交点的位置进行测量时，需将激光跟踪仪分别置于工装区域的前后两侧，同时要保障两台激光跟踪仪均处于工装中轴线之上，且处于相对状态，与下导轨前端面应保持1.5m的距离，激光光源的高度设置为3.4m。在实际测量作业中，共设置了8个基准参照点，符合测量精度需求。在激光跟踪仪的作用下实现了对飞机后机身结构的高效、精确装配，显著提升了飞机工装装配作业的质量。但在现实应用中还需关注误差因素对最终测量结果的影响，如设备自身误差、测量环境误差和转站误差等，为能充分发挥激光跟踪仪的空间测量优势，需要结合各类误差表现的不同，选用合理的误差补偿方式，在实际测量中，控制误差因素的基础上，对误差进行有效补偿，谨防出现误差影响实际测量值，对飞机工装质量构成影响的问题。
结语：飞机工装制造的精密化要求较高，传统的装配工艺已经难以满足装配精度的要求，激光跟踪仪的应用不仅能够提升飞机工装装配的质量，还能为飞机制造研发提供可靠的技术支持，使得飞机装配效率和飞机研发效率均得到有效提升。除此之外，在外形尺寸测量中也发挥了突出的作用，尤其是在大尺寸构件的制造工艺中，可以借助激光跟踪仪的测量手段检验构件制造精度，使其满足后期的工装装配需求。因此，今后的飞机工装制造中需要积极研究激光跟踪仪的辅助测量作用，进一步发挥应用优势，使其能够为飞机制造业的发展作出一定的贡献。
参考文献：
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