激光铺层定位系统校准技术的研究

查振兴++张磊磊

摘 要 激光铺层定位系统是复合材料铺贴过程控制中重要的测量设备，本文介绍了对激光铺层定位系统的精度和CDS工装校准方法，这种方法有效的保证了其对产品测量的准确性，对提高产品检验质量起到了有力的保障，对公司管件质量控制有着重要意义。

关键词 激光铺层定位系统；校准方法；CDS

中图分类号：TN247 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0047-01

激光铺层定位技术是复合材料产业化生产工艺中最先进的技术之一，已广泛运用在复合材料零件制造领域中。该生产工艺在复合材料件成型铺层这一工序中，能大大节约材料、降低成本、提高生产效率和产品质量。随着西飞复合材料厂对复合材料产品工艺要求的不断提高，复合材料厂已不断增加激光铺层定位系统来满足日益增长的生产需求。

1 研究的目的

我公司早在2000年初就已引进了数套加拿大VIRTEK公司的激光铺层定位系统（也称“激光投影系统”），用于生产复合材料。我公司也是航空系统最早引入激光铺层定位技术的公司。复合材料的人工铺贴常常需铺覆多达十几层不同外形的材料片，而激光铺层定位技术就是解决材料位置和外形准确性的技术。近年来，随着波音（Boeing Co.）对复材质量的不断提高，并要求将激光铺层定位系统归入到计量设备管理，如何确保铺层定位系统的准确性，是本文讨论的重点。

2 激光铺层定位系统的检定

2.1 技术要求

复合材料的人工铺贴常常需铺覆多达十几层不同外形的材料片，不同外形的材料片需按照零件CAD模型及工艺要求铺贴，根据波音公司对相关复合材料的技术装配要求，铺贴精度主要有以下5方面。

1）外观：设备表面不应有锈蚀、碰伤、脱漆以及明显的

划痕。

2）计算机软件：显示屏显示正常，软件应具备所需功能。

3）激光线位置精度：不超过±0.76 mm范围。

4）激光线宽度精度：线宽在0.50 mm～1.93 mm。

5）靶标位置精度：不超过±0.76 mm范围。

在激光铺层定位系统的技术要求中，1、2项主要是通过目力观察和实际操作来检定。而其他三项都是要通过仪器来检定。

2.2 激光铺层定位系统的检定

铺层定位系统的检定主要通过标准工装CDS（Circle Diamond Square）来实现，标准工装CDS是由一系列按一定规则分布的靶标及圆形和方形的刻线槽组成，因此首先要确定标准工装的正确性，标准工装要由CMM测量机检定合格之后，方能使用。

启动铺层定位系统应用程序，调用CDS工装模型，激光器将CDS模型线投影至标准工装。

激光线位置和宽度检定：将激光线投影到标准工装的线槽内，分别投影正方形、圆形、圆内正方形。利用卡尺观测激光线相对于线槽中心线的位置和线宽，精度应满足3项和4项的技术要求。

靶标位置的检定：将标准工装置于激光头下方4.8米左右处的位置，运行扫描程序，激光头自动扫描标准工装上的靶标位置（共36个位置），扫描结束后软件自动比对其内部的理论值，得到误差值，进而生成结果报告。若误差值在技术要求的精度范围之内，则认为其符合要求。

3 标准工装的检定

标准工装（CDS）是激光铺层定位系统的主要检具，由厂家提供。因此在每年的周期检定之前要对标准工装的精度进行标定，根据计量检测设备选择原则，计量器具的精度应是被检设备的1/10～1/4，才能满足量值传递的要求，因此将标准工装的精度定为±0.19 mm范围。实际工作中我们采用海克斯康生产的20米测量机LAMBDA SP 3020020（精度：8.0+11L/1000um）来进行标定，此种检定方法及设备选择也通过了波音代表的

批准。

标准工装的检定过程：

检定时，将标准工装水平放置于CMM工作平台上，并尽量与测量机轴方向一致。先手动建立CDS工装零件坐标系，方法是分别测量标准工装上编号为1、5、29、33四个靶标柱及靶标上相应的反光平面，得到交点位置，编制测量程序，将交点位置与CDS模型理论值进行拟合运算，建立起CDS零件坐标系。运行测量程序，自动测量36个靶标，得到各个靶标实测值。将实测值与CDS理论值进行比较，得出误差值。若误差值满足±0.19 mm范围，则认为CDS满足要求，可以用来检定激光铺层定位系统。若误差值不满足±0.19 mm范围，则修正CDS工装理论值，重新进行标定。

CDS工装标定示意图如下。

4 结论

通过测量机来检测标准工装，再经由标准工装检测激光铺层定位系统，此种方法是满足了计量设备量值溯源的要求。经过多次实测，认为此种方法是可靠有效的，并通过了波音代表对激光定位铺层系统的鉴定要求，此方法及思路对其他航空厂也有借鉴意义。

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