基于标准器的大尺寸测量中坐标统一化技术研究

发布时间：2020-06-10 00:10

【摘要】：大尺寸测量仪主要包括激光跟踪仪、电子经纬仪和激光雷达。在航天航空、船舶制造、车辆工程等领域经常将这些仪器进行组合测量。各台大尺寸测量仪的测量数据都是在其自身坐标系下得到的,彼此之间互无关联,这就需要将各个坐标系之间建立起一一对应关系,即坐标统一化。这种对应关系是通过各台仪器分别测量空间位置不变的公共点而建立的,所以公共点测量的准确性和坐标统一化算法的有效性对组合测量中数据融合起着至关重要的作用。本文针对提高大尺寸测量仪坐标统一化精度的问题,展开以下几个方面的研究工作:针对在坐标统一化过程中公共点的测量误差未知、且不可控制的问题,提出利用空间几何关系已知的标准器上各目标点取代传统的随机布置公共点实现坐标统一化的方法。研制一种标准器,用高精度等级的三坐标测量机标定出标准器上各目标点之间的几何关系,将其与现场测量的目标点坐标经计算得到的几何关系进行比较,间接得到各目标点坐标的测量误差。通过设定允许误差限对目标点坐标的测量误差进行约束和控制,将满足误差约束的标准器上的目标点作为公共点。分析几种主要大尺寸测量仪的允许误差限设定方法。使用标准器能够提高坐标统一化中公共点坐标的测量精度,实现公共点测量结果的现场溯源。为了充分利用标准器上目标点之间已知的几何信息,提出基于角度约束的坐标值平差方法。将通过标定的标准器上各目标点所构成的空间角度作为约束条件,构建角度平差模型,对现场测量标准器上目标点的坐标值进行平差,求出目标点坐标测量值的改正数。在平差过程中,利用岭估计算法对法方程条件数较大的病态方程进行求解。该平差方法以标准器上所有经过标定的向量之间所构成的角度值作为基准,对现场测量标准器上各目标点的坐标值进行修正和补偿,可进一步提高公共点坐标的测量精度。为了获得最优化的坐标统一化配准参数,对坐标统一化算法进行深入的研究。提出7参数Procrustes算法求解不同种类大尺寸测量仪坐标统一化的配准参数。考虑到大尺寸测量仪移站属于方差同分布模型,提出用总体最小二乘法求解移站过程中坐标统一化配准参数。这两种算法都属于数值解法,避免了迭代方法中容易陷入局部最优的问题,能够充分利用各自测量数据的原始信息,进而得到更为准确的坐标统一化配准参数。为了保证坐标统一化后大尺寸测量仪组合测量数据的有效融合,对激光跟踪仪、电子经纬仪和激光雷达测量空间点的误差椭球分布规律进行研究。根据各台大尺寸测量仪对同一点测量时各自误差椭球的形状分布,利用每台仪器的各测量单元精度信息确定在三个坐标轴方向上的权值,实现多台大尺寸测量仪的测量数据融合。该方法可以提高组合测量的精度。最后对本文提出的基于标准器的坐标统一化方法进行了实验验证,搭建综合实验平台,编写基于标准器的坐标统一化系统软件,并研究了大尺寸测量坐标统一化精度的评定方法。通过与传统方法及国际上通用的测量软件测量结果进行对比,验证本文所提出的方法能够提高大尺寸测量仪坐标统一化精度。
【图文】：

c) 运载火箭安装现场 d) 大飞机安装现场c) Launch vehicles installation site d) Large aircraft installation site图 1-1 结构复杂的大型产品测量Fig.1-1 Measurement of large scale product with complex structure综上所述，坐标统一化技术在大尺寸测量仪组合测量中起着重要的作用

合技术及软件研制”，(项目编号：JC162012C001)。课题研站大尺寸测量仪坐标统一化测量精度，主要研究内容为：(1用其已知几何信息实现对公共点测量误差的控制。(2) 研究方法，，提高现场环境下公共点的测量精度。(3) 研究坐标统寸测量中坐标统一化的精确配准问题。(4) 研究数据融合算寸测量仪组合测量的精度。尺寸测量坐标统一化国内外现状尺寸测量系统的应用现状寸工业测量系统与传统的三坐标测量机(CMMs)相比具有灵、测量范围大，易于实现柔性测量等特点。各种大尺寸测量原理不同，其测量精度也不同。2008 年，比利时学者 W. C统的三坐标测量机与激光跟踪仪、三角原理测量(如电子经纬业摄影方法的准确性和测量范围及适用对象进行了阐述[18]范围和准确度如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH721

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本文编号：2705475