大尺寸三坐标测量转站热变形误差补偿优化技术研究

发布时间：2017-09-25 04:00

  本文关键词：大尺寸三坐标测量转站热变形误差补偿优化技术研究

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【摘要】：作为在飞机数字化装配领域应用广泛的三坐标测量仪器,激光跟踪仪拥有高精度、高效率等优点。在飞机装配过程中,需要频繁利用公共观测点对激光跟踪仪转站,计算出测量坐标系与装配坐标系之间的转站参数,从而将测量坐标系转换到装配坐标系下。本论文以某机型数字化装配重点科研项目为依托,从激光跟踪仪测量系统、转站误差等方面对提高跟踪仪转站精度技术进行了研究,并着重研究了公共观测点的热变形补偿技术。第一章介绍了数字化测量技术国内外发展现状,激光跟踪仪测量系统以及在数字化装配领域的应用。论述了研究激光跟踪仪转站测量背景和热变形补偿技术的意义,最后给出课题的主要研究内容。第二章介绍了激光跟踪仪测量系统,数字化装配系统中的装配坐标系、测量坐标系、设备坐标系,说明了激光跟踪仪的转站原理,利用SVD法求解转站参数。第三章章从理论上分析了造成转站误差的因素,总结归纳激光跟踪仪在工程应用中测量误差的构成并提出了减小转站误差措施,最后结合转站误差给出了转站精度的评价方法。第四章针对各个ERS点的在不同方向上热变形规律不一致的情况,利用单位温度下热变形补偿系数矩阵补偿ERS点,建立关于补偿后ERS点的多目标优化函数,并利用Levenberg-Marquardt(LM)优化求解,实验表明能够达到有效的补偿效果。第五章分析了求解单位温度下热变形系数矩阵三种方法,比较各方法的转站误差、转站参数相对未补偿转站的变化和热变形系数矩阵随ERS点个数的变化。说明了三种方法的使用场合及条件。第六章总结了本文的研究内容,对需要进一步研究的几个方面进行了展望。
【关键词】：大尺寸测量 转站误差 激光跟踪仪 LM算法 线性热变形
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 飞机数字化装配中测量技术12-15
• 1.2.1 国外发展现状12-13
• 1.2.2 国内发展现状13-15
• 1.3 激光跟踪仪转站测量15-17
• 1.3.1 激光跟踪测量系统15-16
• 1.3.2 激光跟踪仪技术在飞机装配中的应用16-17
• 1.4 课题研究背景和意义17-18
• 1.5 课题研究内容18-19
• 第二章 激光跟踪仪测量系统及转站19-27
• 2.1 引言19
• 2.2 激光跟踪仪系统组成及测量原理19-21
• 2.2.1 激光跟踪仪系统组成19-20
• 2.2.2 激光跟踪仪的坐标转换20-21
• 2.3 数字化装配系统中的坐标系21-23
• 2.3.1 增强系统参考点22
• 2.3.2 装配坐标系22-23
• 2.3.3 测量坐标系23
• 2.4 激光跟踪仪转站23-24
• 2.4.1 转站定义23-24
• 2.4.2 坐标系映射关系24
• 2.5 转站参数计算24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 激光跟踪仪转站误差分析27-36
• 3.1 引言27
• 3.3 转站误差27-34
• 3.3.1 转站误差数学模型27-31
• 3.3.2 转站误差来源及分类31-32
• 3.3.2.1 仪器测量误差31-32
• 3.3.2.2 测量条件误差32
• 3.3.3 转站误差减小措施32-34
• 3.4 转站精度34
• 3.5 本章小结34-36
• 第四章 基于LM算法的线性热变形补偿系数矩阵优化36-52
• 4.1 引言36-37
• 4.2 转站方法37-44
• 4.2.1 未补偿的SVD分解法37-39
• 4.2.2 带比例系数的Horn法转站39-40
• 4.2.3 三维热变形系数补偿法40-42
• 4.2.4 跟踪仪转站热变形误差建模与补偿方法42
• 4.2.5 现有转站方法的不足42-44
• 4.3 ERS点线性热变形模型44
• 4.4 热变形误差补偿模型44-45
• 4.5 基于LM算法的补偿系数矩阵优化方法45-47
• 4.5.1 Levenberg-Marquardt算法45-46
• 4.5.2 构建目标函数46
• 4.5.3 初始值选取46-47
• 4.5.4 计算补偿系数矩阵47
• 4.6 实验与数据分析47-51
• 4.6.1 实验内容47-49
• 4.6.2 线性模型分析49-50
• 4.6.3 实验分析与结论50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 基于LM算法补偿系数矩阵优化与误差建模方法的对比52-67
• 5.1 引言52
• 5.2 仿真建模法52-53
• 5.2.1 仿真建模法的优点53
• 5.2.2 仿真建模法的缺点53
• 5.3 实验求解法53-54
• 5.3.1 实验求解法优点54
• 5.3.2 实验求解法的不足54
• 5.4 优化求解法54-58
• 5.4.1 算法效率分析55-58
• 5.5 三种方法补偿效果对比58-66
• 5.5.1 实验内容58-59
• 5.5.2 数据分析59-66
• 5.5.2.1 转站误差比较59-61
• 5.5.2.2 转站参数变化比较61-64
• 5.5.2.3 热变形系数矩阵随ERS点个数变化的比较64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-74
• 作者简历74

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