Лазерный мир

В. Н. Гришанов, А. А. Ойнонен // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета № 1 (32) 2012 г., с:24-35, УДК 629.78:621.3

Рассматриваются современные методы контроля геометрии изделий лазерными измерительными
системами. Описаны основные принципы измерения и примеры устройств, их реализующие. Показаны
преимущества лазерных измерительных систем над контактными. Проанализированы сложности, возникающие при интеграции лазерных измерительных систем в производственную цепочку предприятия, и намечены пути их преодоления.

Описание на английском языке:

UP-TO-DATE LASER MEASURING SYSTEMS IN THE PRODUCTION CYCLE OF SPACE TECHNIQUE
V. N. Grishanov, A. A. Oynonen

The paper deals with up-to-date methods of controlling the geometry of products using laser measuring systems. The basic principles of measuring and examples of devices implementing them are described. The advantages
of laser measuring systems over contract ones are shown. The difficulties arising in the integration of laser measuring systems into the production chain of the plant are analyzed and the ways of overcoming them are planned.

Попытки использования лазерных систем в самолётостроении предпринимались со времени начала серийного производства лазеров [5, 6]. Тогда же были заложены принципы функционирования и классификации лазерных систем измерения геометрических параметров (ЛСИГП).
Однако разработанные в 70-80-е годы ХХ века ЛСИГП серийно не производились, предусматривали визуальный отсчёт показаний, требовали высококвалифицированного обслуживающего персонала, и их применение ограничивалось рамками одного предприятия, возможности которого
позволяли изготовить и аттестовать подобные устройства.

Лазерные системы измерения геометрических параметров ЛСИГП могут функционировать на различных принципах, реализующих те или иные свойства лазерного излучения, обусловленные его когерентностью. Монохроматичность используется для защиты от фонового излучения, направленность, благодаря концентрации энергии, позволяет проводить измерения на протяжённых трассах, пространственная и временная когерентности лежат в основе разнообразных интерференционных схем измерения. Использование коротких и сверхкоротких лазерных импульсов подсветки сводит многие задачи динамических измерений к статическим, устраняя влияние вибраций и смещений объекта.
Управление параметрами излучения как в пространственной (структурированные лазерные пучки), так и временной (длительность импульсов, частота электромагнитной волны) способствует дальнейшему расширению спектра дистанционных бесконтактных методов измерения геометрических параметров изделий.
В области измерений линейных размеров корпусных изделий аэрокосмического назначения с характерной длиной ~ 1…10 м и допустимыми погрешностями 0,01…1 мм (фюзеляж, космические аппараты, разгонные блоки, обтекатели и т.п.), оптимальным сочетанием рабочих дистанций, погрешностей измерений и их производительности в настоящее время обладают лазерные компьтеризированные системы типа FARO Laser Tracker [9], MV200 и т.п.

Принцип работы лазерного трекера состоит в измерении двух углов и расстояния (рис.1). Трекер посылает лазерный луч к световозвращающему отражателю, который приводится в соприкосновение с поверхностью измеряемого объекта. Луч, отражённый от цели, возвращается по тому же пути и принимается трекером в той самой точке, откуда он был испущен. Часть отражённого световозвращателем света поступает в измеритель расстояний, который вычисляет расстояние от трекера до рефлектора.

Лазерный трекер содержит два датчика угла поворота головки (энкодера). Эти устройства измеряют угловую ориентацию двух механических осей трекера: оси азимута и оси высоты.

Лазерный трекер может эффективно использоваться для контроля сложных криволинейных поверхностей, например рабочих колес гидротурбин, крупногабаритных антенн, фюзеляжей самолётов и т.д. методом сравнения с CAD моделью.

В ЛСИГП проблема идентификации точек измеряемого объекта снимается структурированной лазерной подсветкой.
Предложены разнообразные структуры лазерных пучков для применения в подобных системах [13]: коллимированный лазерный пучок, лазерная плоскость, крестообразные, конические и решетчатые структуры.

Полное содержание статьи: http://journals.ssau.ru/index.php/vestnik/article/viewFile/1902/1922