Γεωμετρικός Έλεγχος Εργαλείων Αεροκατασκευών με χρήση τεχνολογίας Laser Tracker

Abstract

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη και παρουσίαση της τεχνολογίας laser tracker που χρησιμοποιείται για την εκτέλεση μετρολογικών εφαρμογών και εφαρμογών βιομηχανικής γεωδαισίας. Δεδομένου ότι η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί την πρώτη (σε γνώση του συγγραφέα) στο αντικείμενο, αποβλέπει σε δυο βασικούς στόχους: Πρώτον, στη μελέτη των αρχών λειτουργίας και των βασικών τεχνικών χαρακτηριστικών της τεχνολογίας laser tracker και δεύτερον, στην πειραματική εφαρμογή του εξοπλισμού σε πραγματικές συνθήκες. Για το σκοπό αυτό, μελετήθηκαν σε θεωρητικό επίπεδο οι βασικές αρχές λειτουργίας, οι μέθοδοι μέτρησης μήκους, εντοπισμού και παρακολούθησης στόχου που διαθέτει, οι κύριες πηγές σφαλμάτων και οι περιορισμοί του εξοπλισμού, καθώς επίσης και οι συνεργαζόμενοι στόχοι και τα παρελκόμενα. Σε πρακτικό επίπεδο, εκτελέστηκαν πειραματικές εφαρμογές με laser tracker στους χώρους της Ελληνικής Αεροπορικής Βιομηχανίας (Ε.Α.Β.). Οι σχετικές εφαρμογές αποτελούν δυο γεωμετρικούς ελέγχους εργαλείων για τη συναρμολόγηση αεροκατασκευών. Η πρώτη αφορά σε περιοδικό έλεγχο εργαλείου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή πλευρικού τμήματος της ατράκτου του αεροσκάφους C130J. Στο εργαλείο πραγματοποιήθηκαν τρεις ξεχωριστοί έλεγχοι: ένας σημειακός, ένας επιπέδου και ένας θέσης σημείων ως προς επιφάνεια κυλίνδρου. Και στους τρεις ελέγχους διαπιστώθηκαν αποκλίσεις που υπερέβαιναν τα καθορισμένα όρια, οπότε πραγματοποιήθηκε επιδιόρθωση και επανέλεγχος του εργαλείου. Η δεύτερη εφαρμογή, αφορά τριδιάστατο έλεγχο εργαλείου που χρησιμοποιείται για την κατασκευή τμήματος του δαπέδου του αεροσκάφους C130J. Σκοπός ήταν ο έλεγχος της μορφής (σχήματος) του, που επετεύχθη μέσω της σάρωσης της επιφάνειας του και της σύγκρισης της με μοντέλο CAD της ονομαστικής επιφάνειας. Οι αποκλίσεις που προέκυψαν, δεν ήταν μεγαλύτερες από τις επιτρεπόμενες τιμές οπότε τεκμηριώθηκε η ορθότητα της μορφής του εργαλείου. Και στις δυο εφαρμογές έγινε χρήση του λογισμικού Leica Αxyz, που χρησιμεύει στην καταγραφή των μετρήσεων και την επεξεργασία τους σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, μέσω της πρακτικής ενασχόλησης με το laser tracker, διαπιστώθηκε ότι αποτελεί έναν μετρητικό εξοπλισμό εξαιρετικής ακριβείας (της τάξης των λίγων μm), υψηλής ταχύτητας συλλογής δεδομένων (της τάξης των 1000 σημείων/sec) που διακρίνεται για την ευκολία λήψης και διαχείρισης μετρήσεων.

This diploma thesis aims to study and present the laser tracker technology and equipment used to perform metrological and industrial geodesy applications. Since this final year’s dissertation thesis is the first (to the author’s knowledge) on the subject in Greece, aims at two main objectives: Firstly, to provide a thorough study on the principles of operation and the technical characteristics of laser tracker technology and secondly, to present the findings of the use of the equipment in practical applications. For this purpose, the laser tracker technology was studied theoretically; specifically, its principles of operation, the methods used for length measurement, target recognition and tracking, the main error sources and limitations of the equipment, as well as the associated targets and accessories. On a practical level, experiments were performed with the laser tracker in the premises of Hellenic Aerospace Industry (HAI). The applications that were undertaken are two geometric controls in aerospace assembly jigs. The first application is a periodic inspection in a jig used for the construction of a side part of the fuselage of aircraft C130J. In this jig three separate inspections were made: a point inspection, a plane inspection and an inspection of point’s position with regard to a cylinder surface. In all three inspections, deviations were found, in excess of specified limits, so the jig was repaired and re-inspected. The second application refers to a three-dimensional control of a jig used for the construction of a floor section of the aircraft C130J. In this case, the control measurements aimed to check the jig’s shape. This task was accomplished through scanning its surface and comparing it with the CAD model of the nominal surface. The deviations resulted, weren’t exceeding the permitted values, so the correctness of the jig’s form was documented. Both applications were performed using the software Leica Axyz, used to record measurements and their real time processing. Finally, through practical avocation with laser tracker, it is noted that it is an extremely high precision measurement equipment (on the order of a few microns), able of high-speed data collection (1000 points/sec), which is distinguished for the ease of measuring processes.