大尺寸测量场转站参数标定及数据融合技术研究

发布时间：2020-11-16 04:44

　　 高精度大尺寸测量场的构建是实现大部件自动装配工艺的基础。在对大型零件进行测量时,测量设备常常需要多次转站来完成所有关键点的测量。在现有的转站参数标定方法中,对不同站位下测得的ERS(Enhanced Reference System,增强参考系统)点坐标进行匹配,采用奇异值分解法对旋转参数和平移参数进行求解,转站精度较差。现场ERS点的布置多依靠个人经验,缺少量化的评价指标来对ERS点的坐标进行优化。同时目前的大尺寸测量多采用单一测量设备完成,精度与量程难以兼顾。本文以大尺寸测量场中常用的激光跟踪仪和全站仪作为研究对象,首先对转站模型进行改进,并采用雅克比矩阵迭代的方法对转站参数进行求解;提出ERS点布局方案的量化评价指标,采用混合智能优化算法对ERS点坐标进行优化;利用全站仪的高精度测角单元在多站位下进行数据融合以提高测量精度;建立激光跟踪仪和全站仪组合的测量系统,通过两设备间测量数据融合,实现高精度、大范围测量。论文主要在以下几个方面开展研究:1)分析ERS点的变形对转站参数求解精度的影响,引入三维变形系数对转站模型进行改进;采用雅克比矩阵迭代算法对转站模型进行求解,分析测量误差与转站参数误差之间的传递关系,提出以雅克比矩阵的条件数作为ERS点布局方案的量化评价指标。针对不同距离、数量、形状和维数下的ERS点布局开展转站仿真,结果表明转站参数误差随着雅克比矩阵条件数的增大而增大,从而为ERS点布局方案的制定提供了建议;采取遗传模拟退火算法解决了ERS点坐标优化过程中过早陷入局部最优解的问题。2)借鉴激光跟踪仪精密测量网络的原理,利用全站仪在多站位下获得冗余测量数据,并以高精度角度测量值作为约束对测量结果进行优化,使全站仪测量精度显著提高;利用激光跟踪仪和全站仪建立组合测量系统,采用矩阵加权线性最小方差最优融合准则提高ERS点的测量精度,仿真结果表明可以将组合测量误差控制在1mm以内。3)利用激光跟踪仪开展转站实验,结果表明采取文中的模型和求解方法较传统算法能将待测点的坐标更加精确地在不同坐标系下进行转换,且转站精度会随着ERS点布局对应的雅克比矩阵条件数的增大而降低;同时将该转站方法应用于三平动并联机构动平台的位姿测量,测量精度在0.1mm级别;最后利用全站仪开展数据融合实验,将大型零件的端面测量精度提高30%左右。本文研究了大尺寸测量场中转站参数标定过程的改进方案,以及利用测量数据融合算法提高测量精度的方法,开展了测量实验对基于雅克比矩阵迭代的转站参数标定方法以及全站仪数据融合算法进行了合理性验证。本文研究成果提高了大尺寸测量的总体精度,具有一定的应用价值,有望为大尺寸零件自动装配工艺提供帮助。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG806
【部分图文】：

图 1-1 火箭对接装配的手动定位器Fig.1-1 Manual positioner for RocketAssembly问题的一个重要方法是在装配现场建立测量辅助自动定位nt-Assisted Assembly, MAA）系统，使用高精度测量设备测置和外形曲面信息，利用计算机评价大部件对接装配准确

- 2 -(c) 全站仪图 1-2 大部段对接常用测量设备.1-2 Common measuring equipment for large parts do

图 1-3 SpaceX 公司火箭总装工艺Fig.1-3 Rocket assembly process by SpaceX的大部件装配测量工艺中，现场的测量精度往往难以满足自动方面，为了保证非接触式测量设备与待测关键点之间的通视性中不断变换测量设备的位置与角度，并把各个站位下的坐标转
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 俞慈君;杨宝旒;金涨军;李江雄;柯映林;李明飞;方强;;基于三维热变形原理的转站误差补偿方法[J];浙江大学学报(工学版);2015年07期

2 景喜双;张鹏飞;王志佳;赵罡;;数字化组合测量辅助飞机装配质量检测技术[J];北京航空航天大学学报;2015年07期

3 曲学军;孟飙;刘春;;大尺寸自由曲面部件组合测量现场全局标定优化方法与应用[J];计算机集成制造系统;2015年09期

4 黄文涛;邓长虹;汪志强;舒征宇;翁毅选;;基于外点罚函数法的实时低频切泵策略[J];中国电机工程学报;2013年16期

5 许鹏飞;苗启广;李伟生;张军英;;基于函数复杂度的自适应模拟退火和禁忌搜索新算法[J];电子学报;2012年06期

6 周维虎;丁蕾;王亚伟;张滋黎;;光束平差在激光跟踪仪系统精度评定中的应用[J];光学精密工程;2012年04期

7 林嘉睿;邾继贵;郭寅;郭庭航;叶声华;;现场大空间测量中精密三维坐标控制网的建立[J];机械工程学报;2012年04期

8 王金栋;郭俊杰;费致根;邓玉芬;;基于激光跟踪仪的数控机床几何误差辨识方法[J];机械工程学报;2011年14期

9 蒋君侠;范子春;郭志敏;柯映林;;适用于三段大部件对接的柔性装配平台设计与优化[J];浙江大学学报(工学版);2010年09期

10 耿娜;邾继贵;劳达宝;叶声华;;基于刚体运动学的坐标系配准理论及算法[J];传感技术学报;2010年08期

相关博士学位论文 前3条

1 金涨军;飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技术[D];浙江大学;2016年

2 马如奇;微创腹腔外科手术机器人执行系统研制及其控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

3 王宇嘉;多目标粒子群优化算法的全局搜索策略研究[D];上海交通大学;2008年

相关硕士学位论文 前2条

1 尹寿宝;总装精测提高激光跟踪仪转站精度的方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 江钊;分段线性逼近法在梯级水电站优化调度中的应用[D];华中科技大学;2012年

本文编号：2885635