大尺寸测量场在运载火箭装配中的应用探析

随着运载火箭的发展，传统的测量手段已无法满足新一代大型运载火箭的装配需求了。利用数字化测量设备构建数字化测量场，精确定位运载火箭部件的空间位置姿态，是新一代大型运载火箭数字化装配的前提和基础。本文以新一代大型运载火箭大部段数字化装配为研究对象，讨论了几种数字化测量场的建立方法，并提供了测量场的工程实际实施方法，为航空航天及其他领域大部件数字化装配中大尺寸测量场的构建提供了参考。

在航空航天领域中，总装对接工作是产品装配过程中的重要环节，前期零部件的制造、装配都是为这个阶段的装配积累基础。在火箭、飞机总装对接过程中，对接方式的选择、对接基准的确定、对接测量方法的应用是其关键技术[1]。在航天领域中，随着我国新一代大型运载火箭部段直径增大，长征五号采用5 m 直径结构，全箭总长约60 m，使得传统的测量手段已无法满足火箭部段数字化装配的需求，亟需引进先进的数字化测量技术。

目前，国内外航空航天领域都在开展大部段数字化装配技术的研究。装配中依赖测量系统提供精准的测量数据来保证装配精度，高精度的测量技术与装备也是实现产品装配过程中工件定位、连接和对接等的基础。装配过程中采用基于数字化测量技术不但可以提升产品装配的质量，而且更适应上层的数字化设计，从而将传统模拟量传递方式改变为以数字量为基础的传递方式。

数字化测量技术是指利用数字化的测量设备，根据产品的数字化模型定义，在计算机的控制下完成部件装配中关键特征的自动、快速、精密的测量并对其数据进行处理的整个过程中所涉及的所有相关技术的总称。早期，人们主要使用常规光学工具(准直仪、水平仪、经纬仪等)来辅助大部件的装配测量；后来，应用了激光准直仪；再后来，计算机辅助电子经纬仪、激光跟踪仪、激光雷达、iGPS (indoor GPS， 也被称为室内GPS)的出现使得大部件总装对接的测量手段呈现多样化的特点[2]。

目前， 在数字化装配中应用较为广泛的数字化测量系统主要有激光跟踪仪、iGPS 和数字照相测量系统(表1)。

近年来，数字化测量技术的快速发展为运载火箭大部件装配提供了多种大范围、高精度、高效率的测量手段。但是这些测量方法大多是基于单机、离线式的测量方法，缺少基于整个厂房建立的测量场。

随着运载火箭装配技术逐步向柔性数字化装配技术发展，数字化、自动化的装配手段越来越多的应用到火箭装配上。新一代大型运载火箭实现数字化装配的基础，就是利用数字化测量技术建立起大尺寸测量场，在测量场中获取产品空间坐标，将其反馈给装配执行系统，进行火箭装配。

2. iGPS 测量系统的测量场建立 2.1. iGPS 系统组成 iGPS 系统主要由以下五部分组成[3]。

发射器：标准的iGPS 系统含有4 个计量型发射器，用于高精度的计量应用。在工作范围内，每个传感器(接收器)在任何时候都应至少与3 个发射器直接交换信息。

因此， 发射器的需求数量应当与工作场合