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仿真平臺&3D動(dòng)態(tài)測量

對于現(xiàn)代航空器、航天器、車輛、船舶等的制造研發(fā)過程中，進(jìn)行6D動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為項(xiàng)目。故此，用于6D仿真的6桿平臺動(dòng)態(tài)位姿指標(biāo)成為了衡量仿真平臺的硬性指標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)械、控制等多方面因素，會產(chǎn)生6D平臺的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡誤差，誤差過大，就會使得平臺達(dá)不到預(yù)期的精度要求。

而評價(jià)造成誤差的眾多原因之中，其動(dòng)態(tài)3D空間誤差的評價(jià)是非常重要的一項(xiàng)。此項(xiàng)數(shù)據(jù)需要在動(dòng)態(tài)、高精度的情況下測得，這就對傳統(tǒng)的測量方式提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)靜態(tài)測量手段很難測得出有效的動(dòng)態(tài)3D數(shù)據(jù)，故而，尋找一種大范圍、高精度、可動(dòng)態(tài)采數(shù)測量的手段，成為了解決仿真平臺檢測問題的關(guān)鍵。

API激光跟蹤儀動(dòng)態(tài)3D精度檢測解決方案

為解決機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)3D空間位置精度測量的難題，API公司研發(fā)出了3D點(diǎn)動(dòng)態(tài)測量靶標(biāo) - ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)（如圖1，以下簡稱AT靶標(biāo)）。AT靶標(biāo)與傳統(tǒng)的跟蹤儀SMR靶球類似，將跟蹤儀激光經(jīng)由反射鏡體反射回跟蹤儀完成空間位置測量，其特別之處在于AT靶標(biāo)橫、縱兩方向有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具備自動(dòng)定位反射靶的能力，相當(dāng)于是一個(gè)機(jī)動(dòng)化的SMR。

圖1：Radian激光跟蹤儀與ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)

在實(shí)際測量作業(yè)中，AT靶標(biāo)具有如下優(yōu)勢：

- 不管在空間中處于什么方位以及是否移動(dòng)，AT活動(dòng)靶標(biāo)會始終鎖定激光束，即便在快速而任意的移動(dòng)測量中，激光跟蹤儀也不會跟丟激光束；

- 測量過程中，AT活動(dòng)靶標(biāo)無需人為手動(dòng)干預(yù)，即可自動(dòng)跟蹤任何旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)體，完成空間3D動(dòng)態(tài)位置的坐標(biāo)采集；

- AT靶標(biāo)的出現(xiàn)，使得大型5軸/6軸機(jī)床、機(jī)器人、仿真平臺、機(jī)構(gòu)等的動(dòng)態(tài)3D空間位置高精度測量得以輕松實(shí)現(xiàn)。

仿真平臺3D動(dòng)態(tài)測量需求

針對仿真平臺3D動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的測量，需使仿真平臺在規(guī)劃路徑下啟動(dòng)運(yùn)行，測得在動(dòng)態(tài)運(yùn)行軌跡下的各位置數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算分析，最終實(shí)現(xiàn)：

1、將測得的動(dòng)態(tài)點(diǎn)位坐標(biāo)與理論運(yùn)行數(shù)模軌跡比較，查看其空間誤差值，并得到角位移誤差及線位移誤差；

2、通過測得點(diǎn)間距離變化及相對點(diǎn)對中心的角度變化，與對應(yīng)間隔下的時(shí)間比較，得出線速度及角速度；

     3、將動(dòng)態(tài)軌跡點(diǎn)在三相限平面內(nèi)投影，查看各運(yùn)動(dòng)體間運(yùn)行過程中的動(dòng)態(tài)匹配性能。

圖2：仿真平臺檢測現(xiàn)場：Radian激光跟蹤儀與ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)配合實(shí)現(xiàn)仿真平臺的3D動(dòng)態(tài)測量

（左圖為測量現(xiàn)場全景；中圖為AT靶標(biāo)特寫；右圖為仿真平臺各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向示意）

實(shí)際測量與目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

實(shí)際測量時(shí)，只需將Radian激光跟蹤儀架設(shè)在合適的位置，激光射入固定在目標(biāo)端的AT靶標(biāo)，即可開始測量。目標(biāo)端沿既定軌跡行進(jìn)或移動(dòng)，Radian激光跟蹤儀以1000點(diǎn)/秒的采數(shù)速率進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至測量軟件記錄，用于實(shí)時(shí)或后續(xù)計(jì)算分析。

整個(gè)測量過程中，AT靶標(biāo)始終以的姿態(tài)面對激光跟蹤儀并鎖定激光束，自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)，無需人工干預(yù)，保障整個(gè)測量的流暢與高效。

ActiveTarget主動(dòng)靶標(biāo)采用高集成設(shè)計(jì)，體積小巧，整機(jī)僅重0.9千克，擁有的光學(xué)定心精度，并可在水平方向?qū)崿F(xiàn)360°無限旋轉(zhuǎn)，方便以任何姿態(tài)裝卡在待測目標(biāo)末端，為測量作業(yè)提供的便利；同時(shí)，其電池供電的工作方式，擺脫線纜的束縛，常規(guī)環(huán)境中超過16小時(shí)的工作續(xù)航，更是為整個(gè)測量作業(yè)的流暢提供了強(qiáng)有力的保障。

圖3：ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)

結(jié)論

綜上所述，API品牌的Radian跟蹤儀配合ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)，整套系統(tǒng)安裝方便、快捷，操作簡單，只要對跟蹤儀以及AT活動(dòng)靶標(biāo)進(jìn)行幾個(gè)簡單步驟的安裝就可以解決仿真平臺的動(dòng)態(tài)3D軌跡測量工作，為整體提高仿真機(jī)的性能打下良好的基礎(chǔ)。

圖4：API公司總部大樓

關(guān)于API

美國自動(dòng)精密工程公司（API公司）是劉錦潮博士在自主技術(shù)的基礎(chǔ)上，于1987年創(chuàng)建的，總部位于美國馬里蘭州的洛克威爾城。API公司自成立以來， 始終致力于機(jī)械制造領(lǐng)域精密測量儀器和高性能傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于美國及世界各國的*制造領(lǐng)域，并在坐標(biāo)測量和機(jī)床性能測試的高精度標(biāo)準(zhǔn)方面處于地位。API公司擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富、能力的工程師隊(duì)伍，不斷開發(fā)出*的創(chuàng)新性產(chǎn)品，以滿足快速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)的需要。在美國聯(lián)邦政府、企業(yè)及科學(xué)研究的諸多項(xiàng)目中，API公司都是積極參與者和關(guān)鍵技術(shù)伙伴。迄今為止所取得的成就使其在國際精密測量領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。